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浅埋薄基岩超长大采高工作面矿压规律实测研究

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作者:原作原创  来源:网络转载  发布时间:2017-12-19 09:33:00

   [摘 要]通过神东煤炭集团哈拉沟煤矿22207综采面回采试验与观测研究,探讨浅埋薄基岩超长大采高工作面的来压规律。将综采工作面在初采、正常回采、末采等不同条件下矿压数据有选择性的记录下来,利用Excel软件将观测到的矿山压力数据制成曲面图表,将不同范围内的数据采用不同的颜色区分开,通过颜色的变化确定顶板的初次来压、周期来压、末采来压的来压割煤刀数和来压步距。从而弄清顶板来压规律,为浅埋薄基岩超长大采高工作面顶板控制提供较为可靠的技术数據依据。 
  [关键词]浅埋薄基岩煤层;超长大采高工作面;矿压规律;来压步距 
  中图分类号:TD326 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)47-0001-01 
  前言:浅埋深煤层大多分布于我国西部地区,其典型赋存特点是埋藏浅、基岩薄、覆盖松散层厚[1]。我国西部浅埋深煤层近些年的开采实践表明,浅埋深煤层在开采过程中,工作面矿压显现剧烈,顶板岩层极易出现整体切落形式垮落,上覆松散层紧附基岩沿煤壁切落又会对工作面形成瞬间冲击载荷,严重影响工作面安全生产[2]。 
  了解长壁综采工作面顶板活动规律对于井下生产安全、采场科学合理支护设计和管理具有重要的指导意义。浅埋煤层一般定义为埋深不超过150m,基载比小于1,顶板具有单一主关键层,来压具有明显动载现象[3]。 
  哈拉沟煤矿是神东矿区隶属于神东煤炭公司的一座特大型现代化矿井,也是全国首座百人千万吨新模式矿井,实行一矿一井一面的高度集约化生产[4]。哈拉沟煤矿22207综采工作面,煤层倾角1°,推进长度4597.5m,工作面长度为305m,设计采高为5.3m。工作面从切眼至160m范围,上覆基岩厚25~35m,松散层厚度0~23.6m,含水层厚度约5~10m;距22207切眼370~830m区域上覆基20.47~65m,松散层厚度4~45m,含水层厚度11~14.5m,工作面其他区域基岩厚度55~95m,松散层厚度30~58m,松散层厚度5~10m。 
  1、矿压观测方法 
  生产现场采用人工记录的方法,将工作面每5架支架压力值进行记录,再利用Excel软件将观测的矿山压力数据制作成曲面图表,把图表中的最低压力设为250bar,每隔50bar用一种颜色表示,颜色越深表示顶板压力越大。通过不同的颜色及深浅显示顶板压力的大小,直观的展现出顶板岩层的活动规律及来压步距,为现场安全生产提供指导意见。 
  2、初采期间的矿压特点 
  老顶初采来压 
  2016年3月8日四点班,工作面机头推进28m,机尾推进38m时(由于该面机头较机尾高10-11m,为防止运输机窜动,采取机尾超前的方式推进),工作面采高4.5m,40-150架开始大范围来压,压力值普遍在400bar以上,峰值压力达到541bar,来压持续6刀,采空区顶板除两端头基本全部垮实,老顶来压期间,采空区老顶垮落产生飓风,并伴有耳鼓,工作面来压段支架立柱安全阀基本全部开启,工作面顶板切顶漏矸,高度达约0.6m(150#架-机尾受冲刷影响煤层4.6m),无明显片帮,工作面架后未出现涌水增大、流沙等现象。 
  2016年3月9日早班,此时工作面机头推进44m,机尾推进34m,矿地质组工作人员,到达22207面对应地表位置发现,地表较以往工作面塌陷严重,除运顺、回顺两顺槽20m内未出现裂缝,工作面其他区域均有裂缝,且裂缝较宽,最宽处达2m,并有塌陷台阶,与工作面来压情况基本吻合,由于地表塌陷严重,因此工作面老顶初次来压剧烈(图1)。 
  3、正常回采期间的矿压特点 
  (1)本阶段共观测到四次周期来压,该段基岩厚度25-60m,140#-机尾侧基岩薄,均在40m以下,最薄25m。该阶段平均来压强度332bar,来压最大载荷442bar,平均来压步距11m,来压平均持续4刀,140#架-机尾按照4.5-4.7m采高回采,其余段按照最大采高回采(图2)。(2)本阶段来压步距规律性不明显,存在来压不一致的情况,但主要在110#架附近来压强度相对较大,本阶段周期来压不规律,分析原因由于,工作面机尾为过沟的最后阶段,也是基岩最薄的地方,基岩稳定性差,来压不规律,工作面中部至机头由于基岩较厚,整体来压步距相对较为规律,与薄基岩段形成明显的对比,工作面来压期间出现顶板漏矸,漏矸厚度小于500mm,无明显片帮,工作面未见涌水增大或溃沙的现象,截止至今,工作面已安全顺利通过三元沟北沟薄基岩区域。 
  4、末采贯通期间矿压特点 
  本阶段共观测到四次周期来压,平均压力352bar,来压峰值平均497bar,平均来压步距12m,来压持续平均4刀,动载系数平均1.4(图3)。 
  距停采线13m时,工作面上一周期压力刚过去,挂网生产后,在40#附近出现一次小范围的来压(该区域由于断层的影响,压力一直存在,但强度较小),在贯通前3刀,工作面基本全部来压,且来压强度剧烈,支架立柱安全阀开启70%以上,峰值压力达到588bar,工作面炸帮严重,片帮深度1-1.5m,除在断层区域(15-23#)出现约300mm厚的漏顶外,其他区域顶板正常,支架立柱无明显下沉,同时回撤通道垛架也出现来压,通道正帮出现玻璃钢锚杆崩断、片帮等来压显现,所有探巷的两帮均出现片帮,且深度达到1.5m以上,由于探巷内采取了锚索+钢带的补强支护,探巷顶板无异常,回撤通道的副帮拉底区域片掉,联巷口帮部出现裂缝以外基本正常。尽管本次末采来压强度较大,还有断层的影响,但由于通道内采用的15000和12000kN垛架,两帮和探巷也加强了支护,所以工作面及通道内未出现顶板下沉、冒顶等事故,为贯通提供了安全的作业环境。 
  5、总结 
  通过对神东煤炭集团哈拉沟煤矿22207综采工作面矿压显现规律实测资料分析与比较研究,可得出如下结论: 
  (1)工作面初次来压剧烈,地表塌陷严重。工作面的长短、上覆基岩厚度、是否靠近采空区、采高等综合因素会影响顶板初次来压步距的大小,倾向长度为240~320m的工作面顶板初次来压步距大致为37~42m。 
  参考文献 
  [1] 吕志贤,刘锐.神东矿区大采高综采面矿压显现规律的观测和研究[J].科技情报开发与经济,2010,20(2):167~169. 
  [2] 刘江.薄基岩浅埋深大采高工作面矿压规律及支架适应性分析[J]煤炭工程,2013,(2):43~45.


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