极近距离煤层同采合理错距研究

王月星

(1.河北工程大学矿山工程研究所,河北邯郸 056038;2.冀中能源邯矿集团阳邑煤矿,河北武安 056305)

极近距离煤层同采合理错距研究

王月星1,2

(1.河北工程大学矿山工程研究所,河北邯郸 056038;2.冀中能源邯矿集团阳邑煤矿,河北武安 056305)

结合阳邑煤矿极近距离煤层同采的具体条件,采用理论计算及现场矿压实测的方法,分析了阳邑煤矿极近距离煤层不同错距下同采的可行性及矿压显现规律。结论表明,大青与下架工作面合理错距保持在 20～25m范围内,更有利于同采工作面采场及巷道的维护。生产实践表明稳压区开采方案是安全、合理及可行的。

极近距离煤层;合理错距;矿压显现

阳邑煤矿所有正规工作面已全部采完,目前主要以回收井筒煤柱维持矿井生产。矿井为向斜构造,向斜轴南北长 2.6km,东西最宽 1.4km。8号(大青)、9号 (下架)为向斜轴中心位置残采面,平均层间距 1.02m,属极近距离煤层同采。

1 地质条件

大青工作面位于一采区与六采区之间,北以原1862工作面终采线为界,以北为煤层采空区;南以主井改造集中回风巷保护线为界,以南为主井改造集中回风巷、集中运输巷;西至 2-6大青运输巷;东至向斜轴运输巷。

下架工作面位于矿井向斜轴中心部位,本工作面北以向斜轴北面终采线为界,以北为 1963、下架向斜轴北面、1952面采空区;南以集中运输巷和新水仓保护煤柱为界,以南为阶段煤柱和 1915采空区及新水仓;东以东石门下架北面运输巷为界,以东为采空区;西以本面西运输巷为界,以西为井筒下架保护煤柱。

大青面走向平均 244m,倾斜长平均 95m,倾角 17°。煤厚 1.45～1.83m,平均 1.55m。直接顶板为大青灰岩,灰色,坚硬,性脆,裂隙充填方解石,裂隙溶洞发育,层厚平均 4.66m。直接底板灰色泥岩,细腻,质软,节理发育,层理明显,有植物化石,层厚平均 1.02m。煤层为简单结构。

下架面走向平均 271m,倾斜长平均 94m,倾角 13°。煤厚 3.4～3.6m,平均 3.5m。煤层顶板为大青灰岩;直接底为灰色泥岩,质软,细腻,含铝土,平均层厚 5.11m,老底为铝土质泥岩粉砂岩及细砂岩,紫色细砂岩,含铝土,局部具鲕状构造,平均层厚 28.1m。煤层含 1～2层夹石,厚度 0.35～0.4m,属复杂结构稳定煤层。

大青及下架工作面上部各含水层水均已疏干,相邻采空区及工作面内老巷积水已排除,水文地质条件简单;工作面瓦斯低;无煤尘爆炸危险。

2 工作面概况

为了尽量多回收煤炭资源,目前阳邑矿残采面回采巷道均为沿空掘巷,大青及下架工作面位置关系如图 1所示。

2.1 大青面基本概况

大青工作面采用 DZ12-30/100型单体液压柱配 1m铰接顶梁支护,一梁一柱,柱距为 0.7m,排距 1m,最大控顶距为 5.1m,最小控顶距 4.1m。

工作面采用爆破落煤,人工装煤,机械运煤方式,施工工艺流程：打眼 (装药)—清煤—去点柱—移刮板机—建点柱—铺底网—放顶—放炮—挂梁 (护顶)—攉煤—支柱—进入下一循环。

采空区顶板采用缓慢下沉法处理。

2.2 下架面基本概况

工作面采用 DZ20-30/100型单体液压柱配2.4m∏型钢梁支护,每 2根梁为 1对棚子,二梁五柱,机头、机尾处为二梁六柱加强支护。对棚排距为 0.6m,柱排距 1m,最大控顶距为 3.4m,最小控顶距 2.4m。

工作面采用爆破落煤,人工装煤,机械运煤。施工工艺流程：打眼 (装药)—放炮—移主梁(护顶)—装运煤—移副梁 (放顶)—移刮板机。

采空区顶板采用全部垮落法处理。

2.3 回采巷道支护

大青及下架工作面回采巷道采用矿用工字钢梯型棚支护。超前支护采用 HDJA-1200型金属铰接顶梁配以 500mm×500mm十字顶梁及 DZ22-30/100液压支柱 (上帮用 DZ25-30/100液压支柱)。大青回风 (运输)巷自工作面煤壁起超前 20m加强支护,下架面超前煤壁 40m加强支护。

图1 大青及下架工作面位置关系

3 合理错距确定

目前确定极近距离煤层工作面合理错距有 2种基本观点[1]：

观点一 合理的错距应保证下煤层工作面位于上煤层工作面开采形成的减压区内,从而使下工作面开采时不但免受上工作面引起的动压影响,且下工作面处于压力降低区,降低工作面支护强度。

观点二 合理的错距应保证下煤层工作面在上煤层工作面开采顶板冒落稳定后再开采,以保证下工作面不受上工作面煤层顶板冒落引起的冲击压力的影响。

根据目前近距离煤层同采工作面合理错距的 2个基本观点,结合阳邑煤矿大青面与下架面同采的具体条件,利用常规错距理论计算公式,分析计算同采工作面合理错距。

式中,M为煤层间距,平均 2.62m;δ为岩层移动角,取 45°;L为下架煤层工作面推进速度不均衡的安全距离,炮采工作面 L值可取 1.5～2倍周期来压步距,即 15～20m;b为上部煤层工作面的最大控顶距,取 5.1m。

经计算得,Xmin=22.7～27.7m。稳压区开采,大青面顶板冒落对下架面开采产生的动力扰动小;下架回采顶板发生岩层移动,不波及大青煤层的回采工作面;同时稳压区内开采,对于下架煤工作面的推进、放煤和工作面支护都是有利的。稳压区开采可保证上、下两煤层工作面回采工作安全性。

依据“砌体梁”结构假说,上煤层开采后,上位岩层能够形成“砌体梁”式的平衡结构,下煤层工作面处于已破裂而互相挤压的岩块形成的结构保护下[2]。因此,一般在上煤层工作面后方 0～20m的范围内形成减压区。

减压区开采理论的前提条件是下层煤必须有足够厚度的顶板岩层,在下层煤回采过程中能够形成稳定性的顶板结构保护下层煤回采空间。阳邑煤矿大青煤层与下架煤层之间仅有 1.02m泥岩夹层,如果下架煤层工作面布置在减压区,整个工作面上部悬空,工作面支护阻力非常小,相当于工作面顶板大面积离层。如果下架顶板出现扰动或不稳,或支护整体性差,下架工作面易发生大面积冒顶和支柱推倒的严重事故。

4 矿压观测分析

4.1 观测内容

为了确定大青工作面采空区后方滞后支承压力分布状态,保证下架工作面在稳压区范围内开采,下架西运输巷超前支护单体支柱间隔 1～3m布置一测点,观测单体支柱工作阻力[3-4],以此评价阳邑矿极近距离煤层同步开采错距的合理性,验证前面理论分析及计算的相关结论。

4.2 观测数据分析

根据下架西运巷超前单体液压支柱矿压观测资料,整理得出大青与下架工作面不同开采错距超前单体液压支柱工作阻力曲线如图 2(a)～ (c)。

图2 下架西运输巷超前单体液压支柱工作阻力曲线

(1)从图 2可以看出,在不同范围开采错距下,单体液压支柱工作阻力变化曲线趋于一致,变化比较稳定,而且有规律。说明极近距离煤层同采下部煤层矿压显现还是相对不明显,在一定程度上说明常规错距分析稳压区同采技术的可行性。

(2)大青面采空区后方压力峰值分区明显。两峰值分别为大青顶板接底位置,下架工作面超前支承压力。同采错距 17～19m,两峰值出现不同程度应力叠加,巷道变形严重,下架工作面煤壁出现0.5m左右片帮现象,采场顶板曾出现漏空现象;同采错距在 26～30m,两压力峰值距离约在 12m左右,巷道超前维护工作量大,且巷道维护距离较长,下架工作面端头矿压显现明显;同采错距在20～25m,压力峰值间存在一定安全距离,巷道矿压显现较小。

(3)煤层间距是下层煤开采对上层煤影响的主要因素。同采错距越小,下煤层前方煤壁支承压力增大区呈塑性破坏,将影响到上煤层控顶区,并可能导致上煤层工作面支架失稳或卸载。大青与下架煤层的平均层间距仅为 1.02m,当错距减小到大青顶板形成的“砌体梁”结构保护的减压区范围时,对大青工作面的安全生产带来不利影响。

5 结论

(1)阳邑煤矿在大青与下架工作面同采时,只能利用稳压区开采方案实施。

(2)根据大青与下架工作面错距及上下工作面超前支承压力影响范围,生产过程中必须适时增加下架工作面超前支护范围。

(3)稳压区范围内布置下架工作面,同采错距应保证大于 16～19m,阳邑煤矿生产过程中同采错距控制在 20～25m,实施效果良好。

[1]周启为 .王村矿极近距离煤层开采技术 [J].煤炭科学技术,2006(3).

[2]王海山,强岱民,任守忠 .近距离煤层同采工作面的合理错距 [J].煤矿安全,2002(11).

[3]钱鸣高,石平五 .矿山压力与岩层控制 [M].徐州：中国矿业大学出版社,2003.

[4]侯多茂 .近距离煤层开采时矿压显现规律 [J].煤矿开采2007,12(6)：71-74.

[责任编辑：周景林 ]

Research on Rational Separation Distance of 2 Mining Faces in 2 Extremely-near Coal Seam s in Yangyi Colliery

WANG Yue-xing1,2
(1.Mine Engineering Research Institute,Hebei University of Engineering,Handan 056038,China;2.Yangyi Colliery,Hankuang Group,Jizhong Energy,Wu’an 056305,China)

Combined with actual condition of Yangyi Colliery,theoretical calculation and underground pressure observation was used to analyze the feasibility of simultaneously mining 2 faces in extremely-near coal seams and underground pressure behavior rules.Results showed that the rational separation distance of 2 mining face was 20-25m which was favorable for keeping mining-field and roadway stable.Practice showed that the mining project was safe,rational and feasible.

extremely-near coal seams;rational separation distance;underground pressure behavior

TD823.81

A

1006-6225(2011)01-0038-03

2010-08-02

王月星 (1964-),男,河北临漳人,工程师,在读硕士生,现任阳邑煤矿副矿长、总工程师。