大众煤矿12081工作面上覆岩层运移规律研究
大众煤矿12081采场围岩运移是一个动态的过程, 动态过程有两层内容, 一是随着时间变化的动态过程, 二是随支护力不同而变化的动态过程。
如图1为合理支护条件下围岩运移状态, 平衡结构下方岩层厚度为15m～19m, 距离支柱较远, 支柱上方顶板发生离层的可能性较小, 采场处于安全状态下。如图2所示为低支护载荷条件下围岩运移状态, 支护顶板距平衡结构8m～12m, 平衡结构对采场的影响较大, 由于支护力过小, 顶板易发生离层, 支护状态差。
钻孔资料表明:二1煤直接顶板多为砂质泥岩、泥岩和少量粉砂岩及细中粒砂岩。直接顶厚1.03m～11.81m。直接顶之上为细、中粒砂岩老顶, 局部为粉砂岩, 多为浅灰色, 成分以石英为主, 长石、岩屑次之, 厚层状, 硅、钙质胶结, 局部裂隙发育。
把电镜分析、力学特性测试、数值模拟结果、矿井钻孔资料相比较可见:二1煤层直接顶板多为砂质泥岩和泥岩, 岩石抗压强度较高, 属易管理顶板。必须控制好支柱上方顶板8m～15m岩层, 保持其稳定性, 最大限度地阻止其发生离层, 或者使离层的幅度及其可能性达到最小。 (如图1图2)
1 生产过程顶板移动规律
1.1 落煤和放顶
落煤和放顶是影响12081工作面顶板动态的主要生产过程 (或工序) , 可得采煤时顶底板移近量平均值较小, 为199mm, 其影响范围中下部60m。放顶时顶底板移近量平均值较大, 为270mm, 其影响范围上部60m。距煤壁4.1m处, 顶底板移近量, 在放顶过测点时最大平均值为430mm。国内外单体液压柱工作面的统计资料表明:采煤时, 顶板移动速度可达0.5～0.4m/h, 是平时的数倍;放顶时的影响通常是采煤时的3～4倍, 生产准备时的20～30倍。因此, 在放顶时, 对工作面顶板的影响最大。
1.2 工作面推进速度
其他矿井观测表明, 加快工作面推进速度, 会导致顶板下沉速度增加。比如, 有的工作面推进速度增加了2.2倍, 顶板下沉速度从0.65mm/h增加至0.95mm/h (提高了46%) 。但是, 因顶板暴露时间缩短, 控顶区顶板下沉量从98mm减至70mm, 至少降低了28%, 同时, 推进速度增加, 有利于改善顶板稳定性。这种规律有一般性, 对12081工作面有参考作用。
2 顶板监测与岩层控制的关键手段
(1) 缩短控顶宽度有利于12081工作面控顶区的整体性。
12081工作面支柱载荷随控顶距加大而增加。距煤壁4.1m处, 最大平均值中平均值最大, 为122kN/根。看出顶底板移近量随控顶距加大而增加。距煤壁4.1m处, 放顶过测点时最大平均值为430mm。由此可见, 顶板的稳定性、整体性、与顶板下沉量有关, 随控顶宽度增加, 顶板下沉量和支架的载荷增加。
因此, 缩短控顶宽度有利于顶板在控顶区的整体性, 特别对减少12081工作面刮板输送机上方顶板和刮板输送机外侧人行道上方顶板的变形破坏、避免煤壁片帮, 阻止离层、避免岩块冒落及支架失稳, 都是极其有利的。同时, 使控顶区顶板的控制工作量最小, 且最安全, 保证最大可能的有效采煤工作时间。
支架的力学特性对于控顶区直接顶动态有重大影响, 而对老顶不起明显作用。支架的力学特征, 即载荷—压缩特性取决于支架结构、支护密度和顶底板承载能力 (即抗压入强度) 。支架应有足够工作阻力, 阻止顶板离层和破坏。同时应有足够的可缩量, 防止老顶来压时支架和直接顶的破坏。最好的支架特性是具有较高初撑力的恒阻特性。支架对顶、底板的比压不应超过其抗压入强度。支护密度应能保证支架对顶板的必要支护强度及暴露面的稳定性。
(2) 使“老顶—直接顶—支架—底板”串联力学系统处于稳定良性循环工作状态。
3 结语
采煤工作面高支护阻力可以改变顶板平衡结构的厚度。利用这些研究成果, 使“老顶—直接顶—支架—底板”串联力学系统处于稳定良性循环工作状态, 可以限制工作面采场围岩运动强度和变形破坏程度, 保证高效率、低消耗、安全可靠的进行煤炭开采。
(1) 根据工作面老顶来压周期, 提前做好加强支护和特殊支护, 适应老顶的动力显现。当老顶发生动力现象 (周期性断裂、垮落、悬垂、挠曲) 时, 直接顶的下沉和支架载荷有所增加, 但不丧失稳定性和力学连续性。避免沿煤壁切顶和推垮支架。
(2) 排除各种造成初撑力不足的人为操作因素和系统压力因素, 提高工作面单体液压柱的初撑力。适应直接顶的力学特性, 限制直接顶的早期破坏失稳。
(3) 加强并适应底板的承载能力。若工作面为煤层底板, 软而酥, 极易引起支柱陷入底板, 会导致过大的顶板下沉。选用满足要求的柱鞋, 提高支护系统的刚度, 避免支柱过度压入底板的现象发生。
(4) 加强对顶板的监测预报和支柱初撑力的质量管理。在采煤工作面的开采顺序、巷道布置、开采方法、采高、支护设备、支护参数等既定条件下, 影响工作面顶板下沉量的关键问题是:支柱阻力及其支护刚度, 底板抗压入特性, 这两个主要因素。其中提高支柱的初撑力, 改善底板抗压入特性是支护技术的重点。
摘要：大众煤矿12081采场围岩运移是一个动态的过程, 动态过程有两层内容, 一是随着时间变化的动态过程, 二是随支护力不同而变化的动态过程。
关键词：围岩运移,支护,控制
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