大柳塔煤矿薄基岩综采面矿压规律研究

总第１５０期　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５—２７９８．２０１２．０２．００２　大柳塔煤矿薄基岩综采面矿压规律研究　段军　，黄宇楠　，殷跃　（１．内蒙古科技大学矿业工程学院，内蒙古包头０１４０１０；２．神华神东煤炭集团大柳塔煤矿，陕西榆林７１９３１５）　摘要：通过现场矿压实测的方法，研究了神华集团大柳塔煤矿２２６１４综采工作面在薄基岩厚煤层开采条　件下的矿压规律。在表土为松散砂土情况下，把工作面上部基岩厚度起伏变化以及支架的受力特点结合　起来综合分析研究，为实现浅埋深综采工作面安全高效回采提供依据。　关键词：薄基岩；浅埋煤层；综采；矿压规律　中图分类号：ＴＤ８２３．１８　文献标识码：Ａ　文章编号：１００５．２７９８（２０１２）０２．０００３—０３　Ｒｅｇｕｌａｒｉｔｙ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　Ｔｈｉｎ　Ｂｅｄｒｏｃｋ　Ｃｏｍｐｏｕｎｄ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｉｎ　Ｄａｌｉｕｔａ　Ｃｏａｌ　Ｍｉｎｅ　ＤＵＡＮ　Ｊｕｎ　，ＨＵＡＮＧ　Ｙｕ－ｎａｎ　，ＹＩＮ　Ｙｕｅ　（１．Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏＩｎｎｅｒ　Ｍｏｎｇｏｌｉａ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂａｏｔｏｕ　０１４０１０，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｈｅｎｈｕａ　Ｃｏａｌ　Ｇｒｏｕｐ　Ｇｏｄ　Ｅａｓｔ　Ｄａｌｉｕｔａ　Ｃｏａｌ　Ｍｉｎｅ，Ｙｕｌｉｎ　７１９３１５，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｍｉｎｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｗａｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｓｈｅｎｈｕａ　ｇｒｏｕｐ　ｄａｌｉｕｔａ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｅ　２２６１４　ｆｕｌｌｙ　ｍｅｃｈａ—　ｎｉｚｅｄ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｆａｃｅ　ｉｎ　ｔｈｉｎ　ｂｅｄｒｏｃｋ　ｔｈｉｃｋ　ｃｏａｌ　ｂｅｄ　ｍｉｎｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｍｉｎｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｒｅｇｕｌａｒｉｔｙ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｓｏｉｌ　ｆｏｒ　ｌｏｏｓｅ　ｓａｎｄ，ｆａｃｅ　ｔｈｅ　ｕｐｐｅｒ　ｂｅｄｒｏｃｋ　ｕｐｓ　ａｎｄ　ｄｏｗｎｓ　ｃｈａｎｇｅ　ａｎｄ　ｓｕｐｐｏ￣ｓｔｒｅｓｓ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｔｏｇｅｔｈｅｒ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｈａｌｌｏｗ　ｂｕｒｉｅｄ　ｄｅｐｔｈ　ｏｆ　ｆｕｌｌｙ　ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｆａｃｅ　ｓａｆｅｔｙ　ａｎｄ　ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ　ｍｉｎｉｎｇ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｉｎ　ｂｅｄｒｏｃｋ；ｓｈａｌｌｏｗ　ｓｅａｍ；ｃｏｍｐｏｕｎｄ　ｍｉｎｉｎｇ；ｍｉｎｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｒｅｇｕｌａｒｉｔｙ　我国厚表土松散层、薄基岩的煤层储量较大，如　后，上覆岩层基本顶能否形成自稳承载结构、该结构　神东煤田，累计探明储量２　２３６亿ｔ，占全国探明储　能否支撑上部表土层重量，工作面矿压显现规律的　量的１／５，神东煤田典型的赋存特征是埋藏浅、基岩　变化关系到采场支架参数的合理确定和安全生产管　薄、上覆厚松散层。神东煤田煤质坚硬、存在坚硬的　理。因而需要研究工作面回采后矿压显现规律及分　基本顶，开采过程中，长壁工作面普遍有台阶下沉现　析覆岩结构的稳定性，进而可确定工作面支护参数　象，矿压显现剧烈，多次发生压架、溃沙事故，严重影　和管理技术，这对保证工作面安全开采、实现高产高　响了矿井开采的安全性、产量和效益。这说明浅埋　效具有重要意义。文章以大柳塔煤矿２２６１４工作面　深、薄基岩的条件下，工作面顶板岩层破断运动具有　为例进行综采工作面的矿压实测分析。　独特性。在“砌体梁”理论的指导下，一些学者对此　进行了深入研究，取得了一系列的成果，完善了采场　１工作面概况　矿山压力理论，指导了现场生产实践。国内已有大　２２６１４工作面从白家湾北西约４５０　ＩＴＩ处始，以　量文献对薄基岩煤层进行了研究，取得了一系列的　２９９。方位，穿越包府公司，延伸至哈拉沟南。地形总　成果．但是在埋深较小（＜２００　ｍ），表土厚且其中存　体北西低，南东高，地表大部被第四系松散层覆盖。　在风化岩层、直接底部分泥岩、煤厚较大且综采工作　工作面北东侧的北西段是原三不拉煤矿的旺采采空　面存在部分冲刷及断层薄基岩条件下，矿压显现规　区；北东侧的南东段是原三不拉煤矿的未采区；本面　律将有何变化则未见有综合研究。综采放顶煤开采　的南西侧是２２６１３综采工作面；本面的切眼外（北西　收稿日期：２０１１—１２－０９　作者简介：段军（１９６２一），男，内蒙古凉城人，博士，教授，硕士生导师，研究方向为计算机人工智能与人工生命方面的　理论研究及其在实际中的应用。　３　段　军等：大柳塔煤矿薄基岩综采面矿压规律研究　第２１卷第２期　侧）是未采区；本面的回撤辅巷外（本面的南东侧）　阻力，准确掌握来压的时间，来压的范围，压力值大　是大柳塔矿井的２２６１５综采工作面。工作面推进长　小，压力持续时间，观测之后，统计出来压步距。现　度为２４３６．５　ｍ，工作面长度为２０１．７　ｍ，煤层平均厚　场共记录１２０台支架的压力数据，详细记录每班每　度５．７３　ｍ，２２６１４工作面巷道揭露区的上覆基岩厚　刀割煤后液压支架工作阻力值。　表２工作面支架参数　度在２．６—４５　ｍ之间，最薄区域在回风巷１２联巷附　参数　数值　参数　数值　近，其中上覆基岩厚度小于１０　ｍ区在回风巷１硐室　（距切眼１　８２２　ｍ）至１０联巷（距切眼２　０３３　ｍ）区　间。回风巷的上述薄基岩区向切眼方向逐渐增厚，　顶梁长度／ｍｍ　中心　ｍｍ　初撑力／ｋＮ　４　０３０　１　７５０　５　０６３　推移力／ｋＮ　重ｔ／ｔ　移架力／ｋＮ　２００　２４　５５７　回风巷的上述薄基岩区向回撤通道方向基岩厚度在　１１—１５　ｍ之间，运输巷侧的基岩普遍厚于回风巷。　隔定工作阻力／ｋＮ　９　００ｏ　控制系统　数量／台　ＭＩＭＣＯ　１４１　支撑高度／ｍｍ　２　４０ｏ－５　０００　工作面中的上覆基岩厚度具体情况不清，可能有更　薄基岩区的存在。基岩之上有含水的砂砾石层，根　据已有钻孔资料，砂砾石厚度在０～４．５６　ｍ之间，有　砂砾石层的区域分布在回风巷的距切眼３８０　ｍ处至　回撤通道段，最厚处在距切眼６００　ｍ左右处，其他段　砂砾石层厚度１—３　ｍ之间。砂砾石层之上为黄土　（粘土）松散层，其中夹有沙层。包括砂砾石层、黄　土（粘土）层、沙层在内的松散层的总厚度在８Ｏ～　１０５　ｍ之问。开采煤层顶底板情况见表１。　表１　开采煤层顶底板情况　嚣　岩石名称　厚度／ｍ　岩性特征　部分区域为砂质泥岩、中砂　岩、粗砂岩。部分区域近上部　老顶粉砂岩为主１３．１－４０．４　风化，风化层厚一般１．０～　３．０　ｍ，风化后岩石物理强　度降低。　砂质泥岩、泥岩为主，部分　直接顶砂　、１区域为粉砂岩，水平层理发　．７５—９．６１　育，含植物茎叶化石，部分　煤线（０．２１—０．８７　ｍ）。　区域在中下部夹有２　上　伪顶　泥岩０—０．５２　泥岩：灰色、灰褐色，水平层　理发育。　．　煤层结构简单，一般不含夹　矸。煤层底板标高总体中　煤层　２Ｉ２煤４．８～５．８　回撤通道侧较高，最高　１　１９８．２２　ｍ；切眼侧较低，　最低１　１４８．９０　ｍ。最大相　对高差为４９．６１　ｍ。　部分地段为泥岩或细砂岩，直接底粉砂岩为主２．５５一ｌ４．９３　水平及微波层理发育，含植　　物根茎化石，遇水有一定程　度的泥化。　２工作面开采技术条件　工作面采用走向长壁全部垮落后退式综合机械　化一次采全高的采煤方法。工作面采用ＤＢＴ２×　４３１９型电液控制掩护式支架支护工作面的顶板，工　作面共有１２０台支架。工作面支架参数见表２。工　作面设计采高为４．３１　ｍ，工作面采用双向割煤方　式，往返割两刀。　３现场矿压观测方案　２２６１４工作面共布置液压支架１２０台。从工作　面每台液压支架ＰＭ４上统计各支架的初撑力、工作　４　４矿压观测结果分析　４．１周期来压分析　图１、图２、图３、图４分别为２２６１４工作面上部５　号、中上部６５号支架、中下部９５号、下部１１５号支　架随着工作面推进工作阻力变化曲线。　２啪图１　５号支架工作阻力与推进距离关系　Ｚ　津　似　图２　６５号支架工作阻力与推进距离关系　ｌ４３５　ｌ　４４ｓＩ４５Ｓ　ｌ４岱１４７５　１４８５　１，１０５　ｌ，０ｓ　１ＳＩＳ　１Ｓ２５　ｌＳ３ｓ　１５４５　１ｓ５Ｓ　ｌＳ６５　ｌ　Ｓ｛５８ｓ　工作面接进距离『ｍ　图３　９５号支架工作阻力与推进距离关系　趸　挺　薯藩　图４　１　１５号支架工作阻力与推进距离关系　上部５号支架载荷观测结果表明，共发生ｌ５次　段　军等：大柳塔煤矿薄基岩综采面矿压规律研究　第２１卷第２期　周期来压，周期来压步距平均为１０．０６　ｍ，来压动载　显现强度系数１．２４，平均载荷６　６９６　ｋＮ，最大载荷　９　１２４　ｋＮ；中部６５号支架载荷观测结果显示共发生　１７次周期来压，周期来压步距平均为８．８　ｍ，来压动　载显现强度系数１．３１，平均载荷８　３３０　ｋＮ，最大载荷　１１　５４７　ｋＮ；下部９５号、１１５号支架载荷观测结果显　３５．００　３０｜∞　笛．∞　加舶　ｌ５．∞　ｌａ０。　５００　ｎ００　６００Ｄ　６５００　７　０００　７　５００　８０００　８　５００　９０００　示共发生１４次周期来压，周期来压步距平均为　１０．７　ｍ，来压动载显现强度系数１．２５，１１１—１２０号　支架部分平均载荷６　９５６　ｋＮ，最大载荷１０　８０５　ｋＮ，　支架载荷ｎ：Ｎ　图６监测范围内支架载荷分布百分比　从图６可以看出，在工作面回采监测范围内超　在观测期间，基本顶经历了６次周期来压。根据矿　压观测数据分析，基本顶周期来压步距平均为　１０．０６　ｍ，最大步距１４．６　ｍ，最小步距６．８　ｍ；周期来　压动载系数约为１．２。　通过对支架来压的统计，在层间距变化段，来压　步距平均为ｌＯ．４　ｍ，最小５．２　ｍ，最大１５．６　ｒｎ；来压　时期支架载荷最大１１　９５９　ｋＮ，平均１０　９２８　ｋＮ；非来　压期间支架载荷最大９　０２９　ｋＮ，平均７　３１５　ｋＮ；来压　时动载系数最大１．８１，平均１．５５。　４．２沿工作面倾向矿压规律　沿工作面倾向的矿压数据统计结果如图５所示。　Ｉ　至　■■■　栅■■■　藉　：ｉｌ辞　跺　似　５　１５　２５　３５　４５　５５　６５　７５　８５　９５１０５Ｉ１５ｌ＿凸１３５１４５１５５Ｉ６５１７５１８５１９５　２１３６２１５　工作蕊长度『埘　图５沿工作面倾向支架压力特征　从图５可以看出工作面中上部、中部的压力要　大于工作面下部压力。按照一般规律，煤柱下的支　架载荷都应该比采空区小，煤柱下的支架载荷平均　值要小于机头位置支架载荷平均值，主要是由于　２２６１４工作面是浅埋深、薄基岩的开采特点决定的。　在距离２２６１４工作面回风巷６０　ｍ处．，支架载荷达到　最大值，向两边依次减小，主要是由于该点基岩厚度　在ｌ３～１７　ｍ之间，两边基岩厚度在１７—２０　ｍ之间。　工作面回采过程中，由于基岩较薄，岩层垮落只有冒　落带、裂隙带，而没有弯曲下沉带，因此，在工作面支　架尾部对应地表位置，直接产生贯通地表的裂缝，造　成支架载荷增大。　４．３　工作面支架工作阻力频率分布　支架工作阻力在各区间段占的百分比统计结果　如图６所示。　出支架额定工作阻力的各占１４．３％，支架最大工作　压力为１１　５７４　ｋＮ，是额定工作压力的１２８．６％，大部　分集中在６　５００～７　０００　ｋＮ，小于支架初撑力的比例　相对比较大，为了更好的支护顶板，发挥支架的特　性，需要在升支架时，初撑力必须达到５　０６３　ｋＮ。　５结语　１）　２２６１４工作面在未进入采空区前，矿压显　现规律和一般综采工作面相同，即无论是周期来压　期间还是非来压的正常生产期间，均表现为工作面　中部的大部分区域矿压显现强度大，而工作面上部　和下部区域，支架载荷数值比中部小。２２６１４工作　面，矿压显现剧烈的中部区域为３Ｏ一６０号支架，即　距机头３８．５～６５　ｍ的区域；矿压显现比较缓和的区　域为距机头０～３５　ｍ区域和距机尾０～１００　ｍ区域。　２）　２２６１４综采工作面基本顶周期来压步距为　１０．０６　ｍ，基本顶周期来压动载系数为１．２。　３）　工作面周期来压时，支架最大载荷达到　１　１　９５９　ｋＮ，应考虑提高支架的额定工作阻力。　４）　周期来压期间往往中部支架压力较大，而　在来压过后中部支架的压力迅速下降，造成中部高　工作阻力区的缺失。　参考文献：　［１］　钱呜高，石平五．矿山压力与岩层控制［Ｍ］．徐州：中国　矿业大学出版社，２００３．　［２］　黄庆享．浅埋煤层长壁开采顶板控制研究［Ｄ］．徐州：　中国矿业大学能源与安全工程学院，１９９８．　［３］　方新秋．综放采场支架一围岩稳定性及控制研究［Ｄ］．　徐州：中国矿业大学能源与安全工程学院，２００２．　［４］　黄庆享，钱鸣高，石平五．浅埋煤层采场基本顶周期来　压的结构分析［Ｊ］．煤炭学报，１９９９，２４（６）：５８１—５８５．　［责任编辑：王伟瑾］　５