淺析固定支承壓力影響區(qū)內(nèi)回采的礦壓顯現(xiàn)及頂板管理

1、淺析固定支承壓力影響區(qū)內(nèi)回采的礦壓顯現(xiàn)及頂板管理    近距離煤層群采用走向長壁下行垮落法回采時，通常下組煤層的停采線都確定在上組煤層采后形成的固定支承壓力影響區(qū)(見圖1)以外，這樣將勢必導(dǎo)致自上而下隨著支承壓力影響區(qū)范圍的擴大，煤柱越留越寬，一定程度上減少了工作面的可采走向長度，降低了資源回收率。如果采取一定的措施，使停采線的確定不受固定支承壓力影響的約束，在一定的層間距下，安全合理的采出固定支承壓力影響區(qū)內(nèi)的煤炭資源，可以有效的增加工作面的可采儲量，緩解采掘銜接，提高經(jīng)濟效益?，F(xiàn)以高陽煤礦4306工作面為例對固定支承壓力影響區(qū)內(nèi)回采的礦壓顯現(xiàn)及頂板管

2、理作一淺析。圖1支承壓力影響下底板巖層中的應(yīng)力分布1開采技術(shù)條件及經(jīng)濟價值高陽煤礦4306工作面開采山西組3#煤層(見圖2)，煤層傾角3°8°，平均5°，上距1#、2#煤層合并層層間距為6.7m，1#、2#煤層合并層厚4.1m，3#煤層厚度1.9m，3#煤層直接頂為厚6.7m的泥巖，基本項為8.0m的中砂巖(采后垮落)，直接底為1.35m厚粉砂巖。1#、2#煤層合并層分別于1989年、1993年與408工作面對拉回采結(jié)束，其中1#、2#煤層合并層上分層采高2.0m，停采線距四采軌道55m，下分層采高2.1m，停采線距四采軌道90m。4306工作面為高檔普采，單體液

3、壓支柱與金屬梁錯距式支護，梁距375mm，交錯距600mm，一梁二柱支設(shè)，柱距750mm，排距600mm，最大控頂距3.9m，最小控頂距3.3m。根據(jù)上、下分層采后形成的固定支承壓力影響范圍，設(shè)計3#煤層停采線距四采軌道110m。圖2巷道布置平面圖實際回采時，在3#煤層回采推進到設(shè)計停采線時，為保證全礦的均衡生產(chǎn)及提高資源回收率，經(jīng)過分析，未按設(shè)計停采，采取了針對性的加強支護措施，繼續(xù)推進，一直穿過1#、2#煤層合并層的上下分層停采線，克服了支承壓力的影響，當(dāng)月月產(chǎn)1.8萬t，最后實際停采線距四采軌道50m，共延長了工作面的可采走向長度60m，采出了支承壓力影響區(qū)內(nèi)2萬t的煤炭資源，創(chuàng)造經(jīng)濟價

4、值200余萬元，利潤150余萬元。2支承壓力影響區(qū)回采時的礦壓顯現(xiàn)從3#煤層推進到距2#煤下分層停采線8m時，頂板壓力逐步增強，直接頂裂隙發(fā)育，端面破碎度加大，頂板下沉速度加快，頂?shù)装逡平考哟?，個別支柱出現(xiàn)鉆底。在3#煤層推進到2#下分層停采線位置時，頂板出現(xiàn)明顯的平行于工作面的裂隙。在工作面采煤機組割煤后，煤壁有時突然發(fā)生臺階下沉，下沉量達300mm，支柱鉆底量加大，繼續(xù)推進過2#煤下分層停采線5m后，壓力進一步增強，個別支柱安全閥開啟，煤壁片幫嚴重，機道上方時有拉槽及小面積的漏頂發(fā)生，推進8個循環(huán)(5m)后頂板開始好轉(zhuǎn)，隨著回采的繼續(xù)推進并逐漸遠離2#煤下分層停采線，礦壓活動減弱，再推進

5、到2#上分層停采線時，二次重復(fù)上述礦壓顯現(xiàn)特征，但相對影響減弱如圖3。圖3礦壓顯現(xiàn)圖3頂板加強管理措施支承壓力影響區(qū)內(nèi)強烈的礦壓顯現(xiàn)特征，類同于工作面周期來壓，在頂板管理上采取了針對措施，從技術(shù)管理上堅持礦壓觀測分析預(yù)報，指導(dǎo)生產(chǎn)，在支護上加大工作面支護密度，頂板改鋪金屬小格網(wǎng)，在煤幫增加貼幫點柱，點柱間距1000mm，縮小控頂距為2700mm，工作面基本支架改為齊梁直線柱(見圖4)，調(diào)斜工作面使其與頂板裂隙成一定角度，在穿過上、下分層停采線時，工作面逐段通過，減小應(yīng)力峰值影響范圍;同時提高泵站壓力，保證支柱初撐力達規(guī)程要求。圖4齊梁直線柱支架布置平面圖4理論分析集中力P作用在半無限體的平面上

6、，對平面下方任一點M將發(fā)生影響，根據(jù)彈性理論得出在距平面體垂深Z，水平距離r處產(chǎn)生的垂直應(yīng)力為：上式是在集中力P作用下形成的應(yīng)力分布情況，由此可得應(yīng)力在巖體內(nèi)的傳遞規(guī)律。如果將煤層開采理想化，巖體視為均質(zhì)彈性體，對煤柱和煤體下方底板巖層的應(yīng)力分布也可依據(jù)此規(guī)律做定性分析(見圖5)。圖5支承壓力在底板中傳播規(guī)律示意圖煤層開采后引起應(yīng)力重新分布形成支承壓力，一般以高于原巖應(yīng)力的5%作為支承壓力區(qū)分界處，在采后隨著時間的推移，支承壓力由不穩(wěn)定狀態(tài)逐漸變?yōu)榉€(wěn)定的殘余支承壓力，峰值逐漸降低，影響范圍不斷擴大，支承壓力向底板方向傳播形成類似卵形的壓力泡(如圖1)，一般在上層煤采后的煤柱下方一側(cè)為增壓區(qū)，而

7、在采空區(qū)一側(cè)為減壓區(qū)。多煤層開采時，巖層內(nèi)的等壓力線較復(fù)雜。顯然，在停采線下方，正處于支承壓力傳遞的應(yīng)力增高區(qū)內(nèi)，礦壓顯現(xiàn)強烈，支承壓力向底板方向傳播，不僅與相對上層煤的停采線水平距離有關(guān)，還與上層煤的垂直距離有關(guān)，垂距越大，影響越小。在煤層層間距一定的情況下支承壓力在底板巖層中的水平影響范圍可用下式確定(見圖6)：圖6支承壓力影響范圍確定煤層傾角;煤層影響角角的余角=90°-;煤體影響角，其值可變化在25°55°之間，通常支承壓力越大及煤柱尺寸越小，影響角越大;S支承壓力邊界距上分層停采線的水平距離;Z回采煤層距上組煤垂直距離; 由于固定支承壓力影響區(qū)內(nèi)剪應(yīng)力(重載應(yīng)力)的增強，極易破壞上方裂體梁平衡結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致工作面頂板沿煤壁切落發(fā)生臺階下沉，因而要求工作面支架支護強度要提高，保證有足夠的初撐力。5結(jié)語回采固定支承壓力影響區(qū)內(nèi)的煤炭資源時，支承壓力的影響范圍及強弱與采深、煤層層間距、煤柱尺寸、頂?shù)装鍘r性、上下煤層回采間隔時間、采高、煤層傾角