張春山

永定莊煤礦多采空區(qū)下煤層頂板礦壓實(shí)測(cè)研究

張春山

大同煤礦集團(tuán)公司永定莊煤礦的8#、11#、12#、14#煤層已經(jīng)回采完畢，15#煤層位于8#、11#、12#、14#煤層下方13 m～70 m處，其15#回采8914工作面與8#、11#、12#、14#煤層回采工作面“空間交錯(cuò)垂直”，為了保證15#煤層在穿越多個(gè)采空區(qū)和煤柱下安全高效開采，預(yù)防相關(guān)事故災(zāi)害的發(fā)生，提高15#煤層的回采率和機(jī)械化水平，對(duì)多采空區(qū)下15#煤層的頂板礦壓技術(shù)進(jìn)行了研究。

煤礦開采；多采空區(qū)下開采；頂板礦壓研究

1 永定莊煤礦多采空區(qū)下開采地質(zhì)條件

永定莊煤礦15#層在工作面東部（未采），南部為8916回采工作面（正采），西部為309-2巷，北部未采。12#、13#層于19世紀(jì)50年代已經(jīng)開采完畢，14#層于19世紀(jì)70年代回采完畢并關(guān)閉該區(qū)，其下部的15#層煤層厚度2.2 m～4.6 m，煤層傾角1°～2°，距14#層間距為13 m～15 m，相對(duì)關(guān)系見圖1。

2 多采空區(qū)下覆巖運(yùn)動(dòng)和破壞規(guī)律現(xiàn)場(chǎng)研究

工作面支架壓力觀測(cè)采用KBJ60III型煤礦在線連續(xù)頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該綜放工作面長(zhǎng)150 m，沿工作面布置10個(gè)壓力分機(jī)，分別布置在5#、15#、25#、35#、45#、55#、65#、75#、85#、95# 支架。每個(gè)分機(jī)可監(jiān)測(cè)支架前后柱的工作壓力。10個(gè)壓力分機(jī)連線組成監(jiān)測(cè)分站，通過(guò)光纖將數(shù)據(jù)傳到地面接收主機(jī)，后接計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

通過(guò)獲取的綜采工作面礦壓實(shí)時(shí)變化數(shù)據(jù)，研究工作面來(lái)壓狀況，支架阻力及支架工作狀況，測(cè)定液壓支架有關(guān)參數(shù)，分析支架與圍巖的相互關(guān)系，評(píng)價(jià)支架對(duì)工作面頂板條件的適應(yīng)性，為以后工作面液壓支架的選型提供決策依據(jù)。

2.1 工作面液壓支架主要技術(shù)參數(shù)

工作面裝備102架ZZS6000-1.7/3.7型支撐掩護(hù)式液壓支架。支架額定初撐力5 105 kN，額定工作阻力6 000 kN，主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 綜采液壓支架主要技術(shù)參數(shù)

圖1 永定莊煤礦14#、15#煤層柱狀

2.2 工作面支架工作阻力

實(shí)測(cè)10組液壓支架工作阻力最大值見第16頁(yè)表2。第16頁(yè)圖2為支架工作阻力綜合分布直方圖。圖2中P0為支架初撐力，Pm為支架工作最大阻力、Pt為支架時(shí)間加權(quán)平均阻力。

表2 支架工作阻力

圖2 液壓支架工作阻力綜合分布

從圖表數(shù)據(jù)分析，初撐力平均值3 994 kN，為額定值的78.24%，分布在3 800 kN～4 700 kN之間的占69.9%，最大值5 120 kN；最大工作阻力平均值4 502 kN，為額定值的75.03%，分布在3 800 kN～5 000 kN之間的占70.6%，最大值6 000 kN；時(shí)間加權(quán)平均阻力平均值4 243 kN，為額定值的70.72%，分布在3 800 kN～4 700 kN之間的占70.5%，最大值5 385 kN，相當(dāng)于額定阻力的94.76%。

因液壓支架瞬間作用，支架初撐力、最大工作阻力有短時(shí)達(dá)到或超過(guò)額定值。但支架工作阻力總體符合正態(tài)分布，支架工作狀態(tài)合理，初撐力滿足了支架及時(shí)護(hù)頂需要，支架負(fù)荷飽滿，支架阻力得到了充分發(fā)揮。

2.3 工作面來(lái)壓步距及強(qiáng)度

通過(guò)對(duì)支架工作阻力觀測(cè)結(jié)果整理出的工作面周期來(lái)壓步距及強(qiáng)度見表3。

表3 支架周期來(lái)壓步距及增載系數(shù)

分析和整理大量觀測(cè)數(shù)據(jù)，永定莊煤礦15#煤層開采8914工作面初次來(lái)壓步距31 m，周期來(lái)壓步距為17 m，來(lái)壓時(shí)支架加權(quán)工作阻力的平均值為4 243 kN，增載系數(shù)為1.09～1.21，頂板來(lái)壓強(qiáng)度較大，工作面礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈。

3 多層采空區(qū)下8914工作面巷道觀測(cè)

永定莊煤礦多層采空區(qū)下回采工作面、上下順槽安裝監(jiān)測(cè)和量測(cè)測(cè)站，測(cè)站布置位置見第17頁(yè)圖3。

8914工作面回采巷道圍巖觀測(cè)包括圍巖表面位移、絕對(duì)位移和相對(duì)位移。巷道表面位移觀測(cè)包括頂板下沉位移、兩幫相對(duì)移近位移、底鼓位移及頂?shù)装逑鄬?duì)移近位移，見第17頁(yè)圖4。表面位移采用帶有mm刻度的米尺。

掘進(jìn)期間15#上順槽巷道礦壓觀測(cè)曲線見第17頁(yè)圖5，回采期間15#上順槽礦壓觀測(cè)曲線見第17頁(yè)圖6。

由圖5可以看出，在上順槽開挖初期巷道圍巖變形較大，且速度快，前10 d累計(jì)變形量為39.8 mm，占掘進(jìn)期間總變形的88.4%，最大變形速度為7.2 mm/d。掘進(jìn)期間，煤層巷道圍巖變形中，頂板和底板圍巖變形量明顯高于兩幫變形量，頂板巖層變形明顯高于底板巖層變形。在順槽掘進(jìn)過(guò)程中，頂板形成的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)塊體發(fā)生了轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生了運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致頂板巖層變形較大。由回采圍巖變形曲線可以看出，在回采期間，巷道圍巖變形較為一致，在通過(guò)上覆煤柱時(shí)，變形急劇加大。表明在回采過(guò)程中，上覆巖層結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，上覆巖層發(fā)生了較大的下沉，使得順槽圍巖同時(shí)發(fā)生了較大的位移。

圖3 永定莊煤礦多層采空區(qū)下回采工作面測(cè)站布置

圖4 試驗(yàn)巷道收斂位移觀測(cè)

圖5 永定莊煤礦多采空區(qū)下15#煤層上順槽掘進(jìn)期間圍巖變形曲線

圖6 永定莊煤礦多采空區(qū)下15#煤層上順槽回采期間圍巖變形曲線

4 結(jié)論

(1)永定莊煤礦15#煤層開采時(shí)，分析和整理大量觀測(cè)數(shù)據(jù)，開采8914工作面初次來(lái)壓步距31 m，周期來(lái)壓步距為17 m，來(lái)壓時(shí)支架加權(quán)工作阻力的平均值為4 243 kN，增載系數(shù)為1.09～1.21，頂板來(lái)壓強(qiáng)度較大，工作面礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈。

(2)永定莊煤礦15#煤層開采時(shí)，上順槽掘進(jìn)期間開挖初期巷道圍巖變形較大，且速度快，前10 d累計(jì)變形量為39.8 mm，占掘進(jìn)期間總變形的88.4%，最大變形速度為7.2 mm/d。掘進(jìn)期間，下位煤層巷道圍巖變形中，頂板和底板圍巖變形量明顯高于兩幫變形量，頂板巖層變形明顯高于底板巖層變形。

(3)回采期間，巷道圍巖變形較為一致，在通過(guò)上覆煤柱時(shí)，變形急劇加大，表明在回采過(guò)程中，上覆巖層結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，上覆巖層發(fā)生了較大的下沉，使得順槽圍巖同時(shí)發(fā)生了較大的位移。

［1］ 譚云亮.礦山壓力與巖層控制.北京：煤炭工業(yè)出版社，2010：80-130.

［2］ 劉飛，馬華，丁言露.礦山壓力及巖層控制原理.煤礦現(xiàn)代化，2011 （01）：98-100.

Roof Mine Pressure Research of Coal Seam below Multi Gob in Yongdingzhuang Coal Mine

Zhang Chunshan

8#,11#,12#,14#coal seams of Yongdingzhuang Coal Mine of DaTong Coal Mine Group has been stoped,the 15#coal seam is located at 13 m～70 m below 8#,11#,12#,14#coal seam,8914 stoping face of 15#coal seam is “space staggered vertical”with the stoping face of 8#,11#,12#,14#coal seams.In order to ensure that 15#coal seam which is crossing multi gob and coal pillar is stoped safely,provide against accidents and improve extraction rate and mechanization level of the 15#coal seam,the roof mine pressure technology of 15#coal seam below multi gob is studied.

stope;stope under the stoping gob;roof mine pressure

TD326

A

1000-4866（2011）03-0015-03

張春山，男，1965年12月出生，現(xiàn)在大同煤礦集團(tuán)永定莊煤業(yè)有限責(zé)任公司工作，工程師。

2011-05-25

2011-06-15