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        巷道礦壓規(guī)律研究與停采位置優(yōu)化

        2018-12-07 10:07:08李學(xué)韓衛(wèi)棟
        山東工業(yè)技術(shù) 2018年21期
        關(guān)鍵詞:煤炭資源

        李學(xué) 韓衛(wèi)棟

        摘 要:山東新陽能源有限公司地質(zhì)條件復(fù)雜,屬于薄煤層開采,如何提高煤炭資源的回收率具有重要意義。在保證巷道圍巖穩(wěn)定性的前提下,通過巷道礦壓觀測數(shù)據(jù)分析保護(hù)煤柱所受應(yīng)力和變形特點(diǎn),以現(xiàn)場實(shí)測方法得出不同寬度煤柱的應(yīng)力分布情況、塑性破壞分布以及巷道頂?shù)装?、兩幫移進(jìn)量,優(yōu)化保護(hù)煤柱寬度,最終確定工作面停采位置,能夠提高煤炭資源的回收率,增加了經(jīng)濟(jì)效益。

        關(guān)鍵詞:保護(hù)煤柱;礦壓觀測;煤炭資源

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.21.068

        1 問題的提出

        山東新陽能源有限公司設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力45萬噸,經(jīng)過系統(tǒng)改造,核定年生產(chǎn)能力達(dá)到75萬噸。隨著生產(chǎn)能力的提高,礦井薄煤層單項(xiàng)低與巷道萬噸掘進(jìn)率高的矛盾日益變大,需進(jìn)一步增加對煤炭資源的回收率。為此,公司首先以三采一層3107上面停采位置合理優(yōu)化作為突破口,在確保安全生產(chǎn)的前提下,進(jìn)一步縮小巷道保護(hù)煤柱寬度,以最大限度的提高煤炭資源的回收率,緩解生產(chǎn)接續(xù)壓力。

        2 技術(shù)方案論證

        礦井以往巷道保護(hù)煤柱留設(shè)為40m,尤其是對于薄煤層礦井,保護(hù)煤柱留設(shè)的不合理也是引起資源消耗快的重要因素,為此,公司充分借鑒總結(jié)以往巷道礦壓顯現(xiàn)與煤柱在回采過程中的應(yīng)力和變形特征規(guī)律經(jīng)驗(yàn),同時(shí),借鑒其他單位經(jīng)驗(yàn),優(yōu)化了停采線位置,縮小了保護(hù)煤柱,提高煤炭資源的回收率。

        3 項(xiàng)目實(shí)施

        3.1 煤柱尺寸留設(shè)因素分析

        巷道圍巖特征生產(chǎn)實(shí)踐表明,巷道圍巖特征是影響煤柱留設(shè)的主要因素,不同巖層表現(xiàn)出的力學(xué)特性差異較大,其與煤柱所受應(yīng)力狀態(tài)密切相關(guān)。一般認(rèn)為,巷道圍巖狀態(tài)越好,巖層硬度越高,越有利于保證巷道上方的穩(wěn)定性,煤柱尺寸留設(shè)越小。

        煤層賦存狀態(tài)煤層賦存狀態(tài)包括煤層厚度、煤層傾角、埋深等多種參數(shù),理論認(rèn)為煤層厚度越大,傾角越大,巷道穩(wěn)定性越差,煤柱所受應(yīng)力條件越復(fù)雜,應(yīng)力集中情況越明顯,對于保護(hù)煤柱的要求也越高;埋深越大,巷道煤柱所受上覆巖層壓力越大,煤柱穩(wěn)定性越差。故一般煤柱尺寸的留設(shè)與煤層厚度、煤層傾角和埋深等因素呈反比關(guān)系。

        3.2 煤柱應(yīng)力和變形觀測實(shí)測

        根據(jù)《巷道圍巖穩(wěn)定性及工作面頂?shù)装宸诸悎?bào)告》可知:三采一層3107上面老頂為深灰色細(xì)砂巖層理發(fā)育、性脆易碎、易冒落,厚1-5.8m,平均厚3.4m;直接頂為淺灰色中砂巖厚3.5m。直接底為深灰色細(xì)砂巖,富含植物化石,厚1.7m,老底為6.3m的細(xì)砂巖,無吸水膨脹性。

        3.3 觀測方案的布置與數(shù)據(jù)收集、分析

        掌握煤柱隨工作面回采過程中的應(yīng)力和變形特征是進(jìn)行煤柱留設(shè)研究的前提,故在正在開采3107上面進(jìn)行布點(diǎn)現(xiàn)場實(shí)測。根據(jù)開采經(jīng)驗(yàn),目前所回采的工作面巷道保護(hù)煤柱寬度為40m。在煤柱內(nèi)布置KS-1 型鉆孔應(yīng)力計(jì),深度分別為6、8、10、13、15 m,分別為11#~15# 測點(diǎn);鉆孔應(yīng)力計(jì)可實(shí)時(shí)記錄工作面回采過程中的受力情況,并可通過數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行采集;在煤柱內(nèi)布置水平位移測點(diǎn)用以觀測隨工作面回采煤體變形特征,深度分別為4、8、12、15 m,分別為21#~24# 測點(diǎn)。實(shí)測數(shù)據(jù)經(jīng)分析后繪圖如圖1 和圖2 所示。

        由圖1、圖2可知, 所測煤柱兩側(cè)塑性區(qū)寬度大致為5 m 和8~10 m,考慮礦井地質(zhì)條件的復(fù)雜性,故煤柱尺寸應(yīng)不低于20 m。

        3.4 巷道礦壓觀測

        觀測點(diǎn)布設(shè):

        觀測線沿煤柱保護(hù)巷道走向方向布置,每50米布置一組測點(diǎn),每組觀測點(diǎn)的安設(shè)方法:安設(shè)2組KBU101-200頂?shù)装逡平縿討B(tài)報(bào)警儀,在巷中頂板安裝一組YHW300本安型圍巖位移測定儀,在巷中錨桿、在非采空側(cè)巷幫中間各安裝一組錨桿MCS-400礦用本安型錨桿(錨索)測力計(jì)。同時(shí)巷道底板安設(shè)觀測錨桿,采用十字布點(diǎn)法,對巷道兩幫及頂?shù)装逡平窟M(jìn)行監(jiān)測。觀測點(diǎn)布設(shè)在巷道頂板及兩幫觀測線長度共計(jì)422 m , 共設(shè)控制點(diǎn)6 個。為確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性,在每組測點(diǎn)處巷道頂板安設(shè)一組頂板離層儀,觀測兩組數(shù)據(jù)并進(jìn)行校對。數(shù)據(jù)收集時(shí)使用FCH2G/1礦用本安型手持采集器對礦壓觀測設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。

        礦壓顯現(xiàn)特點(diǎn):根據(jù)巷道礦壓觀測數(shù)據(jù)分析, 巷道頂?shù)装?、兩幫移進(jìn)量較小,煤柱留設(shè)滿足要求。

        4 技術(shù)特征及創(chuàng)新點(diǎn)

        (1)對巷道礦壓顯現(xiàn)與煤柱應(yīng)力變化進(jìn)行了數(shù)據(jù)研究與分析,合理確定了停采位置。

        (2)巷道保護(hù)煤柱寬度進(jìn)一步縮短,增加了可采面積,提高了煤炭回收率,緩解生產(chǎn)接續(xù)壓力。

        (3)3107上面、3107南下面、3107南上面停采位置優(yōu)化后,與原有巷道保護(hù)煤柱留設(shè)40m相比較,煤柱寬度縮小20米,增加了可采面積8440m?,實(shí)現(xiàn)凈利潤242-29=213萬元。

        5 結(jié)束語

        所以根據(jù)不同的礦井地質(zhì)條件,通過分析研究巷道圍巖穩(wěn)定性,合理選擇保護(hù)煤柱寬度,對于提高煤炭資源的回收率和增加了煤炭經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

        參考文獻(xiàn):

        [1]徐永圻.煤礦開采學(xué)[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,1999.

        [2]李增學(xué).煤礦地質(zhì)學(xué)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2009.

        作者簡介:李學(xué)(1988-),男,山東泰安人,本科,助理工程師,研究方向:煤炭工程。

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