张双楼煤矿综放开采工作面矿压观测与分析

张双楼煤矿综放开采工作面矿压观测与分析

1地面采空区7煤张双楼煤矿位于江苏省徐州区政府大坪以西，1986年竣工。该井分为东翼和西翼。7111工作面位于东一下山采区,是该矿下山延伸开采的第三个工作面,走向1362m,面长140m,煤层厚2.2～4.3m,平均厚为3.59m,倾角8°～30°,工作面标高-612.5～-731.6m,两道在走向上起伏变化较大,西起东一皮带机下山,东至井田第二勘探线东420m,南临7109工作面采空区,北为未采区。该面7煤老顶为细砂岩,厚3.1～6.1m,直接顶为泥岩,厚4.2～5.0m。分界砂岩厚8.56m,7煤与分界砂岩的距离为56.67～69.42m,平均61.2m。该面机采最低高度2.0m,最大顶煤厚2.3m。该面直接底为泥岩,厚0.75m,老底为砂岩,厚17m左右,7、9煤间距25m。2正常周期来压期间的支护强度7111工作面安装ZFSB3000-15/26A型普通放顶煤支架89架,上、下端头各安装ZFSB4300-17/30型掩护式液压支架2架,共93台,安装压力表372块。在正常周期来压期间支架承受的支护强度:p=hr+h1r1=(6.1+5.0)×27+2.3×14=331.9kN/m2式中h—老顶、直接顶厚度,(6.1+5.0)m;r—直接顶、老顶容重,27kN/m3;h1—最大顶煤厚度,2.3m;r1—煤的容重,14kN/m3;由上式知p<509.6kN/m2(ZFSB3000-15/26普通放顶煤支架的设计支护强度),故该支架支护强度满足要求。3压力和速度7111工作面自2003年7月9日安装回采累计推进728m时,煤壁开始有较小淋水,持续淋水加大,顶板压力也异常增大,液压支架的压力表显示支架的工作阻力明显增大,安全阀开启率达到80%,部分立柱由于安全阀开启速度慢,压力表显示支架最大工作阻力达到40～50MPa。煤壁片帮严重影响整个工作面,深度达1～3m。工作面在推进中,正常涌水量达260m3/h,最高达400m3/h,是矿井开采史上前所未有的。47111工作面的矿压突出规律4.1工作面正常回采期间老顶控制该工作面正常回采期间矿压观测结果如表1、2所示。根据观测,在工作面正常回采期间,当工作面推进12m时,直接顶垮落,垮落高度5.09m,当工作面推进44m时,老顶发生周期性断裂和垮落,其步距为19m。4.2工作面在废水中的矿压结构工作面掉水期间对该工作面进行了矿压观测,结果如表3、4所示。4.3煤壁干岩段老顶加支护强度随时间的变化特征结果分为3个月(1)正常回采期间片帮深度主要集中在0～0.5m之间,而在掉水期间深度集中在1～2m,最深可达3m;煤壁片帮长度正常回采时平均14.0m,占整个工作面的8%,而掉水期间片帮长度平均为16m,占整个工作面82.7%,几乎遍及整个工作面。(2)在掉水期间当工作面推进到接近周期来压1～3m时,老顶下方的伪顶软化,从而造成支撑压力明显移入煤壁区,造成煤壁片帮,分界砂岩在该过程中通过老顶加在支架上,此时支架的支护强度:P=(hr+h1r1)+pk=331.9+100=431.9(kN/m2)式中P—掉水后支架承受的支护强度,kN/m2㎡;hr+h1r1—掉水前支架承受的支护强度,kN/m2㎡;Pk—水通过老顶加在直接顶上的水压,该区顶板砂岩水的静水压力为100kN/m2。很明显在顶板有水时加在支架上的压力增加了30%。由于支架立柱作用不均衡性,使一些支架的支护强度超过立柱的设计能力,所以在掉水期间个别立柱发生缸体炸裂现象。5局部段顶板段植煤(1)由于顶板水造成支架承受力加大30%,使支架立柱超出承受能力,所以在顶板压力较大区域的支架下方采用DZ系列的单体液压支柱辅助支设,每架两棵,支柱支设在立柱的前方的顶梁下,从而提高支架的支护强度。(2)为了有效的防止片帮和冒顶,在预计周期来压前1～2m处,在煤壁打两排1.6m长的木锚杆,间排距800×800(mm2),距顶板500mm,每个周期打3个循环,使片帮漏顶现象得到了控制。煤机割煤后及时移超前架,对端面距超过规定的局部地段在前梁上用锚链拴3.4～4.5m长钢梁,使一端紧靠煤壁支护顶板,如图1所示。(3)在顶水开采时,必须严格控制采高,2.6m支架采高控制在2～2.1m之间较为合适,既可以减少片帮漏顶,也可使片帮深度得到控制。(4)对局部已经发生冒顶的区域,采用做超前支护的方法使煤机顺利通过,如图2所示。做超前采用2.5～3.5m长圆木,DZ2.5—DZ3.15单体做腿,一端搭在支架上,一端用单体做腿,每架两棚,用旧道木、双层菱形金属网接实顶板,施工时采用手镐落煤或放震动炮,以预防顶板漏顶。(5)在片帮较深,顶板比较完整的地段,则在支架前梁用φ16cm以上圆木或半圆木撅顶,每架两根沿走向铺放,长度根据片帮深