超長(zhǎng)綜放工作面覆巖關(guān)鍵層破斷特征及對(duì)采場(chǎng)礦壓的影響

1、第 2 2 卷 第 l 期 2 o o 3年 1 月 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào) C h i n e s e J o u r n a lo f R o c k Me c h a n i c sa n d E n g i n e e r i n g2 2 ( 1 ) ：4 5 “4 7J a n ． ，2 o 0 3超長(zhǎng)綜放工作面覆巖關(guān)鍵層破斷特征 及對(duì)采場(chǎng)礦壓的影響女繆協(xié)興 ( 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 錢鳴高徐州 2 2 1 0 0 8 )蕾要 從模擬試

2、驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn) ：隨著綜放工作面長(zhǎng)度的增加 ，采場(chǎng)覆巖關(guān)鍵層 的破裂塊度將相應(yīng)減 小，因而采 場(chǎng)來(lái)壓均勻 ，便于頂煤破碎和放 出，但會(huì)發(fā)生主關(guān)鍵層來(lái)壓現(xiàn)象 ，必須采取相應(yīng) 措施 ，將其加 以有效控制 。關(guān)t詞 、 采礦工程，超長(zhǎng)綜放工作面，采場(chǎng)礦壓，關(guān)鍵層，主關(guān)鍵層來(lái)壓 分類號(hào) T D8 2 3 ． 4 + 9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1 0 0 0 - 6 9 1 5 ( 2 0 0 3 ) o ! - 0 0 4 5 - 0 3BR

3、oKEN F E I 1 U R E oF KEY S TR ATAAND I TSI NFLUENCE oN RoCK P RES S URE I N S UP E1LENGTH F ULLY ． M ECHANI ZED CoAL F ACE Mi a oX i e x i n g ，Q i a nMi n g g a o( C h i n aU n i v e r s i t y o f Mi n i n

4、 g a n dT e c h n o l o g y ， X u z h o u2 2 1 0 0 8C h i n a )Al ~t r a c tI ti Sf o u n db ymo d e le x p e r i me n ta n df i e l dme a s u r e me n tt h a twi t ht h el e n g t ho ff u l l y - me c h a n i z e dc o a

5、 lf a c e 。t h es i z eo f t heb r o k e nb l o c k so f k e ys t r a t ai nt hec o a lf a c ewi l ld e c r e a s ec o r r e s p o n d i ng l y，a n dt hu st her o c kp r e s s u r ei n t hef a c ei Smu c hwe l l d i s t

6、 r i b u t e d ．T h i si Sg o o df o rt het o pc o a lb r o k e na n dc a v i n gc o n v e n i e n t l y ．Ho we v．e r ，t heo v e r l y i n gr o c kp r e s s u r eo f t h em a i nk e ys t r a t aw i l lh a p p e na e co r

7、 d i n O y ． F u r t h e r m o r e ，t h er e l e v a n tme a s u r e me n t smu s t b et a k e ne f i c i e n t l yt oc o n t r o l t hek e ys t r a t a f o r c o a l mi n i n gs a f e l y ．Ke ywo r d smi n i n ge n g i

8、n e e r i n g，s u p e r - l e n g t hf ul l y - me c h a n i z e dc o a lf a c e ，r o c kp r e s s u r ei sc o a lf a c e ，k e ys t r a t a ，t h eo v e r l y i n gr o c kp r es s u r eo f ma i nk e ys t r a t a 1引 言 綜放開(kāi)采

9、技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展已經(jīng)歷了 l O多年 的歷史，經(jīng)過(guò)深入研究和開(kāi)發(fā)，綜放技術(shù)已趨于成 熟，尤其是低位放頂煤技術(shù)，已成為我國(guó)厚煤層開(kāi) 采高產(chǎn)、高效的主導(dǎo)技術(shù)【 l J 。綜放技術(shù) ，利用割一 部分煤和放一部分煤來(lái)實(shí)現(xiàn)厚煤層一次采全高，并 能在一個(gè)工作面上實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)出煤，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)十分 明顯。但是，與國(guó)外綜采技術(shù)產(chǎn)量 比較，雖然綜放 技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)發(fā)揮出了一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但技術(shù) 優(yōu)勢(shì)的潛力還很大，如大幅度加長(zhǎng)工作面長(zhǎng)度 ，其 單產(chǎn)和效益還有望大

10、幅度提高。超長(zhǎng)綜放工作面的順利快速推進(jìn)要依靠有效的 采場(chǎng)礦壓控制P l 為基礎(chǔ) 。 大家知道， 采用綜放開(kāi)采 ，一 次采 出厚度大，采場(chǎng)覆巖活動(dòng)強(qiáng)烈，如果大幅度 增加其工作面長(zhǎng)度 ， 必將引出一系列的礦壓新問(wèn)題。在這方面的研究中，以采動(dòng)覆巖的關(guān)鍵層理論 4 】為基礎(chǔ)，從相擬材料模擬試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)礦壓觀測(cè)與控 制實(shí)踐等方面，研究超長(zhǎng)綜放工作面覆巖關(guān)鍵層破 斷特征及對(duì)采場(chǎng)礦壓的影響。2 相擬材料模擬試驗(yàn)及分析 我國(guó)第一個(gè)超長(zhǎng)綜放工作面工業(yè)性試驗(yàn)

11、選在潞 安礦區(qū)王莊煤礦， 4 3 2 6 超長(zhǎng)綜放工作面， 其面長(zhǎng)達(dá) 2 0 0 1 年 2 月 9日收到初稿 ． 2 0 0 1 年 4 月 l 5日收到修改稿．·國(guó)家 自 然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)~ ( 5 0 1 3 4 0 4 0 ) 和博士點(diǎn)基金資助課題( 2 0 0 1 0 2 9 0 0 0 3 ) ．作者 繆協(xié)興 簡(jiǎn)介：男。 4 2歲。博士。現(xiàn)任中國(guó)礦業(yè)大學(xué)理學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師． 主要從事工程力學(xué)和巖石力學(xué)與工程

12、方面的教學(xué)與科研工作．維普資訊 http://www.cqvip.com 第 2 2 卷 第 l 期 繆協(xié)興等． 超長(zhǎng)綜放工作面覆巖關(guān)鍵層破斷特征及對(duì)采場(chǎng)礦壓的影響 · 4 7 ·裹 24 3 2 6 工作面支架 的工作狀態(tài) T a b l e2W o r k i n gr e s i s t a n c eo f s u p p o r t si nc o a lf a c

13、 e4 3 2 6架號(hào)? 最 蒹 作 ?加 戇 作工作面支架沿工作面長(zhǎng)度方 向受力( k N ／ 架) 的 分布見(jiàn)表 2 。由表 2 可見(jiàn)，開(kāi)采初期，4 3 2 6 超長(zhǎng)綜 放工作面支架的實(shí)際初撐力偏低，其主要原因?yàn)槌?長(zhǎng)綜放工作面老頂破碎塊度小，相對(duì)支架動(dòng)載系數(shù) 就小。另外，工作面長(zhǎng)度加大 以后，泵壓損失較大 和支架工作狀況不是很好，串液、漏液現(xiàn)象嚴(yán)重。當(dāng)發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象后，及時(shí)調(diào)整了泵站布置及對(duì)支架 閥組系統(tǒng)進(jìn)行了檢修，提高了支架的初撐

14、力。從循環(huán)末 阻力和時(shí)間加權(quán) 阻力的數(shù)據(jù)得到，4 3 2 6超長(zhǎng)綜放工作面所選用的 Z Z P 4 8 0 0 ． 1 7 ／ 3 3 F型 放頂煤液壓支架的工作阻力基本滿足要求。當(dāng)覆巖 主關(guān)鍵層破斷時(shí)。工作面?zhèn)€別支架安全閥開(kāi)啟，達(dá) 到額定工作阻力值，但絕大部分支架的工作阻力還 沒(méi)有達(dá)到額定值。另外，在開(kāi)采初期，支架前柱壓力均大于后柱 壓力，平均大于后柱 6 4 ． 8 ％，支架前后柱壓力很不 均勻，對(duì)于這種現(xiàn)象，也必須及時(shí)調(diào)整支架控制

15、措 施 。綜 合 現(xiàn) 場(chǎng) 實(shí) 測(cè) 的 分 析 結(jié) 果 可 以 得 到 ，Z Z P 4 8 0 0 - 1 7 ／ 3 3 F 型放 頂煤 液 壓支架 基本 適用 于 4 3 2 6 超長(zhǎng)綜放工作面整層放頂煤開(kāi)采， 但主關(guān)鍵層 來(lái)壓時(shí)部分支架受力較大，必須加強(qiáng)對(duì)主關(guān)鍵層來(lái) 壓時(shí)的支架工作狀態(tài)監(jiān)控。針對(duì)工作面加長(zhǎng)以后，液壓管路的損失較大，再加上工作面中部支架閥組 損壞較多，支架串液 、漏液現(xiàn)象比較嚴(yán)重，造成工 作面實(shí)際初撐力較低 。帶來(lái)煤

16、壁片幫和端面冒項(xiàng)等 一 系列問(wèn)題 ，采用的具體技術(shù)措施為：除對(duì)損壞支 架進(jìn)行及時(shí)檢修外，對(duì)乳化液供液方式進(jìn)行了重大 改造。 將工作面支架分成上下兩組， 增加一臺(tái)泵站，分別對(duì)兩組支架采用雙泵雙回路供液。 經(jīng)過(guò)改造后，支架初撐力( 1／ 架) 的值有 了很大的提高， 如表 3 所 示。當(dāng)支架初撐力提高后，徹底控制了端面 冒項(xiàng)和 片幫及工作面頂板下沉量，解決了超長(zhǎng)綜放工作面 頂板的控制問(wèn)題。裹 3 泵站供液系統(tǒng)改造前后支架初撐力的對(duì)比T a

17、b l e3Co mp a r i s o no fs e t t i n gp r e s s u r e s b e f o r ea n da f t e rt r a n s f o r mi n gp u mps y s t e m 心 ， 架 支架號(hào) 86 68 61 2 91 6 6平均值 改造前 9 6 91 0 9 6 ． 8I1 0 8 ． 210 8 4 ． 221 8 2 ． 6I2 8 8 ． 2改造后

18、25 0 3 ． 727 l 1 ． 427 2 9 ． 529 6 4 ． 331 4 2 ． 128 1 0 ． 2提高率 2 5 8 ． 4 ％ 2 4 7 ． 2 ％ 2 4 6 I 3 ％ 2 7 3 ． 4 ％ 1 4 4 ％ 2 1 8 ． 1 ％ 4 結(jié) 語(yǔ) 超長(zhǎng)綜放工作面生產(chǎn)實(shí)踐證明，布置超長(zhǎng)綜放 工作面能使綜放單面單產(chǎn)和效益成倍增長(zhǎng)。當(dāng)然，同時(shí)也引起了一些采場(chǎng)礦壓及安全方面的新課題，在推廣普及這項(xiàng)新技術(shù)時(shí)必須研究清楚

19、和加以有效 控制。本文研究表明，超長(zhǎng)綜放工作面采場(chǎng)覆巖關(guān) 鍵層破碎塊度較普通短工作面小。由此 ，一方面，使采場(chǎng)來(lái)壓強(qiáng)度小。且壓力分布均勻，有利于頂煤 破碎和放出：另一方面，會(huì)出現(xiàn)覆巖主關(guān)鍵層來(lái)壓 現(xiàn)象，必須加強(qiáng)預(yù)測(cè) 、預(yù)報(bào)和有效控制 。參 考 文 獻(xiàn) l朱光亞． 中國(guó)科學(xué)技術(shù)前沿I M】 ． 上海：上海教育出版社．1 9 9 82錢鳴高．劉聽(tīng)成． 礦山壓力及其控制咖 ． 北京：煤炭工業(yè)出 版社．1 9 8 43錢鳴高． 繆協(xié)興． 許家林