大安山煤礦采煤工作面及巷道礦壓觀測分析

大安山煤礦采煤工作面及巷道礦壓觀測分析

隨著開采深度的增加，井土的需應(yīng)力逐漸增加，礦山壓力的影響顯著增加。目前大安山煤礦開采水平已進(jìn)入深部開采階段。在680～550m水平開采時(shí),9槽、10槽煤回采巷道礦壓顯現(xiàn)比較明顯。主要表現(xiàn)在:頂板下沉量大、巷道片幫、支架頂梁彎曲、扭曲等,尤其10槽煤更為嚴(yán)重。為維護(hù)巷道和控制頂板,每年都要消耗大量人力、物力。一般礦井的巷道維修人員約占井下生產(chǎn)工人的10%～20%。進(jìn)行礦壓控制,煤礦每年要消耗大量的坑木、金屬支護(hù)材料、水泥和其他材料。這些都明顯增加開采費(fèi)用,使噸煤成本上升。如果對礦壓控制不善,可能發(fā)生各種頂板事故,造成人員傷亡、生產(chǎn)中斷,給礦井帶來更大的經(jīng)濟(jì)損失。因此,掌握礦壓顯現(xiàn)規(guī)律,研究礦壓控制的有效方法,對煤礦生產(chǎn)有十分重要的意義。1采煤工作面和兩巷礦壓現(xiàn)存規(guī)律通過對800m水平西五軸二石門軸9上槽高檔面、550m水平西三石門軸10下槽東一綜采面、西一石門軸14槽西一綜采面和680m水平西三石門軸9上槽(東三)綜采面、西三軸石門軸12槽東二面、西四軸二石門軸5下槽東五面、西四軸二石門軸4槽(東一面)、西四軸二石門軸4槽(東二面)等,在2009年8月25日至2009年11月2日頂板來壓進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,得出采煤工作面和兩巷礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。部分工作面礦壓觀測結(jié)果如表1。1.1工作面壓力和工作阻力(1)煤層直接頂板比較堅(jiān)硬。因?yàn)樗泄ぷ髅嬉萍芎箜敯迕奥洳⒉怀浞?經(jīng)常有懸頂。(2)隨開采深度增加,采煤工作面頂板壓力并沒有明顯增大現(xiàn)象。從3個(gè)水平8個(gè)工作面的礦壓觀測看,只有800m水平懸移支架工作面頂板壓力最大,支架最大工作阻力在40MPa左右。而680m和550m水平的工作面礦壓顯現(xiàn)較緩和,支架最大工作阻力在34MPa。(3)頂板壓力與工作面支架的工作阻力有關(guān)。從800m水平懸移支架工作面可看出,工作面開采深度最小,但其支架最大工作阻力最大,說明支架工作阻力較小,頂板發(fā)生離層,才導(dǎo)致支架工作阻力增大。而其他水平工作面隨開采深度增加,工作面支架工作阻力并沒有增大。因此,采煤工作面的支架選型是關(guān)鍵,應(yīng)選擇初撐力高、額定工作阻力大的支架。1.2工作面頂垮落長且無煤壁片幫,導(dǎo)致上巷支護(hù)物被破壞(1)隨開采深度增加,地應(yīng)力隨之增大。尤其在地質(zhì)構(gòu)造影響下,礦山地應(yīng)力更大。550m水平處于百草臺箱形倒轉(zhuǎn)向斜和大寒嶺倒轉(zhuǎn)背斜區(qū)域,受構(gòu)造應(yīng)力較大。(2)煤層基本頂堅(jiān)硬,當(dāng)采煤工作面相鄰開采時(shí),上工作面開采后基本頂冒落不充分,出現(xiàn)懸臂造成高應(yīng)力集中區(qū)。下一工作面開采期間,當(dāng)基本頂垮落時(shí),會使上一工作面基本頂隨同本工作面基本頂一起垮落。大面積基本頂垮落給本工作面上巷帶來非常大的壓力,使其發(fā)生破壞。(3)由于煤質(zhì)較軟,承載能力較小,在高應(yīng)力集中區(qū)作用下,煤壁片幫嚴(yán)重,增大了巷道寬度,使頂板懸露面積增加,巷道支護(hù)物受力增大。導(dǎo)致采煤工作面沒有開采,上巷支護(hù)物已破壞。(4)9槽采煤工作面處于10槽采煤工作面下,即9,10槽采煤工作面重合。9槽煤在其下開采時(shí),回采巷道始終處于上層留設(shè)的煤柱下,也就是始終處于高應(yīng)力集中區(qū),所以導(dǎo)致巷道礦壓明顯增大導(dǎo)致破壞2有效的礦壓控制方法為有效保證礦井安全生產(chǎn),在礦井開拓、開采時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)措施,避免或減少地應(yīng)力影響。2.1工作面開采順序安排在采區(qū)劃分時(shí),盡可能采用雙翼采區(qū)。雙翼采區(qū)開采時(shí),可合理地安排工作面的開采順序。如550m水平西三石門為單翼采區(qū),當(dāng)一個(gè)采煤工作面生產(chǎn)時(shí),下一個(gè)工作面要在相鄰區(qū)域準(zhǔn)備,采煤工作面產(chǎn)生的動壓勢必會影響掘進(jìn)巷道,造成巷道的支護(hù)物損壞。2.2巷道圍巖集中應(yīng)力采掘順序?qū)ΦV山壓力的大小和分布影響很大。當(dāng)巷道相向掘進(jìn),采煤工作面相向推進(jìn),以及在正在開采的采煤工作面邊緣掘進(jìn)巷道,將導(dǎo)致正在掘進(jìn)的巷道受雙重支承壓力影響,形成集中應(yīng)力區(qū),導(dǎo)致巷道變形以至于破壞。因此,應(yīng)盡量避免沿正在開采的采煤工作面邊緣掘進(jìn)巷道(雙翼采區(qū)可避免這種情況)。2.3沿空留巷沿空掘巷是在采空區(qū)邊緣留巷內(nèi)無煤柱開采是一項(xiàng)先進(jìn)的開采技術(shù),其有利于提高煤炭采出率,同時(shí)也可消除或減少因煤柱引起的災(zāi)害。無煤柱護(hù)巷有2種情況,沿空留巷和沿空掘巷。(1)沿空留巷沿空留巷是保留和維護(hù)上區(qū)段采煤工作面的下巷,作為下區(qū)段采煤工作面的上巷。這種方法與留煤柱時(shí)相比,不僅少掘一條巷道,減少了區(qū)段煤柱損失,而且巷道壓力較小,易于維護(hù)。但這種布置方式,要使該巷道經(jīng)受二次采煤工作面移動支承壓力的影響,還要較長時(shí)間承受殘余支承壓力。巷道維護(hù)時(shí)間較長,斷面縮小系數(shù)大,維護(hù)工作復(fù)雜,維護(hù)費(fèi)用比較高。目前,沿空留巷方法有砌矸石帶、支設(shè)密集支柱或木垛、人工砌塊等。(2)沿空掘巷沿空掘巷是沿著上區(qū)段采煤工作面的采空區(qū)邊緣掘進(jìn)下區(qū)段采煤工作面的上巷。該方法也是利用采空區(qū)邊緣固定支承壓力較小的特點(diǎn),以便于上巷在掘進(jìn)和生產(chǎn)期間的維護(hù)。沿空掘巷雖然沒有減少區(qū)段巷道的數(shù)目,但不留煤柱,減少了煤柱損失,特別是減少了上巷的維護(hù)工作量,甚至有的可以完全不用維護(hù),還為鄰近煤層的開采創(chuàng)造了良好條件。沿空掘巷按巷道的具體位置分為完全沿空掘巷和留窄小煤柱沿空掘巷2種。大安山煤礦550m水平西三石門軸10下槽煤層比較松軟區(qū)段之間留設(shè)的左右的煤柱在礦壓作用下早已破壞。如東一工作面的上巷煤壁片幫非常嚴(yán)重,煤柱實(shí)際上已經(jīng)破壞,根本沒有承載能力。因此,可采用無煤柱護(hù)巷。2.4推進(jìn)速度過快造成巷道變形破壞采煤工作面推進(jìn)速度太慢,會使采煤工作面上下巷道受壓時(shí)間增加,導(dǎo)致變形破壞;推進(jìn)速度太快,工作面煤體集中應(yīng)力得不到及時(shí)釋放,容易造成應(yīng)力集中。大安山煤礦綜采的推進(jìn)速度較慢,這是巷道變形或破壞的原因之一。因此,應(yīng)適當(dāng)加快采煤工作面的推進(jìn)速度。2.5選擇合適的退貨和維修形式選擇合適的回采巷道支護(hù)形式,可提高巷道支護(hù)質(zhì)量,減少巷道的翻修次數(shù),降低維修費(fèi)用,為安全生產(chǎn)創(chuàng)造有利條件。2.5.1錨桿支護(hù)密度不合理根據(jù)大安山煤礦550m水平西三石門軸10下槽煤層的賦存情況,應(yīng)選擇適合于本煤層的回采巷道支護(hù)形式?，F(xiàn)采用的錨網(wǎng)索支護(hù)對于回采巷道是比較有效的支護(hù)形式,但支護(hù)參數(shù)應(yīng)根據(jù)具體情況做適當(dāng)調(diào)整。(1)增加錨桿的支護(hù)強(qiáng)度從550m水平西三石門軸10下槽東一綜采面上巷維護(hù)狀況看,錨桿的托盤有很多被壓壞,且錨桿間網(wǎng)兜較大,說明錨桿受力較大,支護(hù)密度不合理?，F(xiàn)大安山煤礦回采巷道錨桿支護(hù)密度為900mm×900mm,支護(hù)密度不夠,應(yīng)縮小錨桿的間排距,采用800mm×800mm的支護(hù)密度(根據(jù)理論計(jì)算確定錨桿的長度)。10下槽煤直接頂板為復(fù)合頂板,且層理較發(fā)育。對于這種頂板,錨桿是懸吊和組合梁作用。懸吊作用是將頂板下部不穩(wěn)定的巖層懸吊在上部穩(wěn)定的巖層中,如圖1所示;組合梁作用是將各個(gè)巖層夾緊形成組合梁,如圖2所示,組合梁的厚度越大,承載能力越大?，F(xiàn)大安山煤礦回采巷道錨桿的長度為2m,應(yīng)采用長度大于2m的錨桿,提高組合梁的整體承載能力,以減少頂板的變形。(2)增加錨索支護(hù)強(qiáng)度10下槽煤層頂板為復(fù)合頂板,其中10上槽煤層厚度0.7m左右,不可采。在選擇支護(hù)形式時(shí)應(yīng)考慮該煤層,因其在煤層頂板內(nèi),錨索長度應(yīng)保證錨固在其上堅(jiān)硬頂板內(nèi)。從550m水平西三石門軸10下槽東一綜采面上巷維護(hù)狀況看,錨索受力較大,頂板離層現(xiàn)象較嚴(yán)重,說明錨索支護(hù)密度不夠。因此,應(yīng)縮小錨索支護(hù)的間排距。東一綜采面上巷錨索采用雙排布置,長度7m,間距2m。錨索間排距不是固定值,應(yīng)根據(jù)頂板具體條件適當(dāng)調(diào)整。當(dāng)頂板壓力大時(shí),可采用3排錨索,間距也應(yīng)縮小。2.5.2下槽東一綜采表面巷10下槽煤層煤質(zhì)較軟,煤壁片幫嚴(yán)重,550m水平西三石門軸10下槽東一綜采面上巷在回采時(shí),巷道寬度基本在2m左右。因此,回采巷道采取寬巷布置,即為了避免因煤壁片幫而導(dǎo)致巷道寬度變小。這樣,不僅保證巷道有足夠的寬度,又減少了巷道的維修量。3開采順序和支護(hù)工藝為保證礦井安全生產(chǎn),在礦井開拓、開采時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的措施,以避免或減少地應(yīng)力的影響。(1)合理劃分采區(qū):在采區(qū)劃分時(shí),盡可能采用雙翼采區(qū)。(2)合理安排開采順序,應(yīng)盡量避免