1. 永定莊煤礦多層采空區(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50年代已經(jīng)開采完畢，14^#層于19世紀70年代回采完畢并關閉該區(qū)，其下部的15^#層煤層厚度2.2～4.6m，煤層傾角1~2°。距14^#層間距為13~15m，相對關系見圖1所示。

2. 多采空區(qū)下覆巖運動和破壞規(guī)律現(xiàn)場研究

工作面支架壓力觀測采用KBJ60III型煤礦在線連續(xù)頂板動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，該綜放工作面長150m，沿工作面布置10個壓力分機，分別布置在5^#、15^#、25^#、35^#、45^#、55^#、65^#、75^#、85^#、95^#支架。每個分機可監(jiān)測支架前后柱的工作壓力。10個壓力分機連線組成監(jiān)測分站，通過光纖將數(shù)據(jù)傳到地面接收主機，后接計算機進行數(shù)據(jù)處理。

通過獲取的綜采工作面礦壓實時變化數(shù)據(jù)，研究工作面來壓狀況，支架阻力狀況及支架工作狀況，測定液壓支架有關參數(shù)，分析支架與圍巖的相互關系，評價支架對工作面頂板條件的適應性，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ZZS6000/1.73.7型支撐掩護式液壓支架。支架額定初撐力5105KN，額定工作阻力6000KN，主要技術(shù)參數(shù)見表1。

圖1 永定莊煤礦14＃、15＃煤層柱狀圖

 

表1 綜采液壓支架主要技術(shù)參數(shù)

2.2工作面支架工作阻力

實測10組液壓支架工作阻力最大值見表2，圖2為支架工作阻力綜合分布直方圖。圖表中P₀為支架初撐力，Pm為支架工作最大阻力、Pt為支架時間加權(quán)平均阻力。

表2 支架工作阻力

工作阻力	初撐力		最大工作阻力		時間加權(quán)平均阻力
	P0 （KN/支架）	比額定值 （%）	Pm （KN/支架）	比額定值 （%）	Pm （KN/支架）	比額定值 （%）
平均值	3994	78.24	4502	75.03	4243	70.72
最大值	5120	>100	6000	100	5385	89.75

從圖表數(shù)據(jù)分析，初撐力平均值3994KN，為額定值的78.24%，分布在3800~4700KN之間的占69.9%，最大值5120KN；最大工作阻力平均值4502KN，為額定值的75.03%，分布在3800~5000之間的占70.6%，最大值6000KN，時間加權(quán)平均阻力平均值4243KN，為額定值的70.72%，分布在3800~4700之間的占70.5%，最大值5385KN，相當于額定阻力的94.76%。

圖2 液壓支架工作阻力綜合分布圖

因液壓支架瞬間作用，支架初撐力、最大工作阻力有短時達到或超過額定值。但支架工作阻力總體符合正太分布，支架工作狀態(tài)合理，初撐力滿足了支架及時護頂需要，支架負荷飽滿，支架阻力得到了充分發(fā)揮。

2.3工作面來壓步距及強度

通過對支架工作阻力觀測結(jié)果整理出的工作面周期來壓步距及強度見表3。

 

表3 支架周期來壓步距及增載系數(shù)

 

分析和整理大量觀測數(shù)據(jù)，永定莊煤礦15^#煤層開采8914工作面初次來壓步距31m，周期來壓步距為17m，來壓時支架加權(quán)工作阻力的平均值為4243KN，增載系數(shù)為1.09~1.21，頂板來壓強度較大，工作面礦壓顯現(xiàn)強烈。

3 多層采空區(qū)下8914工作面巷道觀測

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)測和量測測站，測站布置位置見圖3所示。

圖3永定莊煤礦多層采空區(qū)下回采工作面測站布置圖

8914工作面回采巷道圍巖觀測包括圍巖表面位移，絕對位移和相對位移。巷道表面位移觀測包括頂板下沉位移、兩幫相對移近位移、底鼓位移及頂?shù)装逑鄬σ平灰?，見圖5所示。表面位移采用帶有mm刻度的米尺。

 

圖4 試驗巷道收斂位移觀測

 

掘進期間15#上順槽巷道礦壓觀測整理曲線見圖5所示，回采期間15#上順槽礦壓觀測曲線見圖6所示。

 

圖 5 永定莊煤礦多采空區(qū)下15^#煤層上順槽掘進期間圍巖變形曲線

 

由曲線圖5可以看出，在上順槽開開挖初期巷道圍巖變形較大，且速度快，前10天累計變形量為39.8mm，占掘進期間總變形的88.4%，最大變形速度為7.2mm/d。掘進期間，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。在順槽掘進過程中，頂板形成的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)塊體發(fā)生了轉(zhuǎn)動產(chǎn)生了運動，導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，在通過上覆煤柱時，變形急劇加大。表明在回采過程中，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，使得順槽圍巖同時發(fā)生了較大的位移。

 

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，分析和整理大量觀測數(shù)據(jù)，永定莊煤礦15^#煤層開采8914工作面初次來壓步距31m，周期來壓步距為17m，來壓時支架加權(quán)工作阻力的平均值為4243KN，增載系數(shù)為1.09~1.21，頂板來壓強度較大，工作面礦壓顯現(xiàn)強烈。

(2)永定莊煤礦15^#煤層開采時上順槽掘進期間開挖初期巷道圍巖變形較大，且速度快，前10天累計變形量為39.8mm，占掘進期間總變形的88.4%，最大變形速度為7.2mm/d。掘進期間，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，在通過上覆煤柱時，變形急劇加大。表明在回采過程中，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，使得順槽圍巖同時發(fā)生了較大的位移。

 

 

參考文獻：

 

［1］譚云亮，《礦山壓力與巖層控制》  煤炭工業(yè)出版社  2010年7月  第80~130頁   地址：北京市朝陽區(qū)芍藥居35號

［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年01期第98~100頁

 

 

作者簡介：張春山，1965.12出生，男，漢族，山西大同人，工程師，主要從事煤礦技術(shù)管理和研究，現(xiàn)任同煤集團永定莊煤業(yè)有限責任公司總工程師。

 

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