1. 永定庄煤矿多层采空区下开采地质条件

永定庄煤矿15^#层在工作面东部未采，南部为8916回采工作面（正采），西部为309^-2巷，北部未采。12^#、13^#层于19世纪50年代已经开采完毕，14^#层于19世纪70年代回采完毕并关闭该区，其下部的15^#层煤层厚度2.2～4.6m，煤层倾角1~2°。距14^#层间距为13~15m，相对关系见图1所示。

2. 多采空区下覆岩运动和破坏规律现场研究

工作面支架压力观测采用KBJ60III型煤矿在线连续顶板动态监测系统，该综放工作面长150m，沿工作面布置10个压力分机，分别布置在5^#、15^#、25^#、35^#、45^#、55^#、65^#、75^#、85^#、95^#支架。每个分机可监测支架前后柱的工作压力。10个压力分机连线组成监测分站，通过光纤将数据传到地面接收主机，后接计算机进行数据处理。

通过获取的综采工作面矿压实时变化数据，研究工作面来压状况，支架阻力状况及支架工作状况，测定液压支架有关参数，分析支架与围岩的相互关系，评价支架对工作面顶板条件的适应性，为以后工作面液压支架的选型提供决策依据。

2.1工作面液压支架主要技术参数

工作面装备102架ZZS6000/1.73.7型支撑掩护式液压支架。支架额定初撑力5105KN，额定工作阻力6000KN，主要技术参数见表1。

图1 永定庄煤矿14＃、15＃煤层柱状图

 

表1 综采液压支架主要技术参数

2.2工作面支架工作阻力

实测10组液压支架工作阻力最大值见表2，图2为支架工作阻力综合分布直方图。图表中P₀为支架初撑力，Pm为支架工作最大阻力、Pt为支架时间加权平均阻力。

表2 支架工作阻力

工作阻力	初撑力		最大工作阻力		时间加权平均阻力
	P0 （KN/支架）	比额定值 （%）	Pm （KN/支架）	比额定值 （%）	Pm （KN/支架）	比额定值 （%）
平均值	3994	78.24	4502	75.03	4243	70.72
最大值	5120	>100	6000	100	5385	89.75

从图表数据分析，初撑力平均值3994KN，为额定值的78.24%，分布在3800~4700KN之间的占69.9%，最大值5120KN；最大工作阻力平均值4502KN，为额定值的75.03%，分布在3800~5000之间的占70.6%，最大值6000KN，时间加权平均阻力平均值4243KN，为额定值的70.72%，分布在3800~4700之间的占70.5%，最大值5385KN，相当于额定阻力的94.76%。

图2 液压支架工作阻力综合分布图

因液压支架瞬间作用，支架初撑力、最大工作阻力有短时达到或超过额定值。但支架工作阻力总体符合正太分布，支架工作状态合理，初撑力满足了支架及时护顶需要，支架负荷饱满，支架阻力得到了充分发挥。

2.3工作面来压步距及强度

通过对支架工作阻力观测结果整理出的工作面周期来压步距及强度见表3。

 

表3 支架周期来压步距及增载系数

 

分析和整理大量观测数据，永定庄煤矿15^#煤层开采8914工作面初次来压步距31m，周期来压步距为17m，来压时支架加权工作阻力的平均值为4243KN，增载系数为1.09~1.21，顶板来压强度较大，工作面矿压显现强烈。

3 多层采空区下8914工作面巷道观测

永定庄煤矿多层采空区下回采工作面、上下顺槽安装监测和量测测站，测站布置位置见图3所示。

图3永定庄煤矿多层采空区下回采工作面测站布置图

8914工作面回采巷道围岩观测包括围岩表面位移，绝对位移和相对位移。巷道表面位移观测包括顶板下沉位移、两帮相对移近位移、底鼓位移及顶底板相对移近位移，见图5所示。表面位移采用带有mm刻度的米尺。

 

图4 试验巷道收敛位移观测

 

掘进期间15#上顺槽巷道矿压观测整理曲线见图5所示，回采期间15#上顺槽矿压观测曲线见图6所示。

 

图 5 永定庄煤矿多采空区下15^#煤层上顺槽掘进期间围岩变形曲线

 

由曲线图5可以看出，在上顺槽开开挖初期巷道围岩变形较大，且速度快，前10天累计变形量为39.8mm，占掘进期间总变形的88.4%，最大变形速度为7.2mm/d。掘进期间，煤层巷道围岩变形中，顶板和底板围岩变形量明显高于两帮变形量，顶板岩层变形明显高于底板岩层变形。在顺槽掘进过程中，顶板形成的稳定结构块体发生了转动产生了运动，导致顶板岩层变形较大。由回采围岩变形曲线可以看出，在回采期间，巷道围岩变形较为一致，在通过上覆煤柱时，变形急剧加大。表明在回采过程中，上覆岩层结构发生破坏，上覆岩层发生了较大的下沉，使得顺槽围岩同时发生了较大的位移。

 

图6永定庄煤矿多采空区下15#煤层上顺槽回采期间围岩变形曲线

 

4．结论

(1)永定庄煤矿15^#煤层开采时，分析和整理大量观测数据，永定庄煤矿15^#煤层开采8914工作面初次来压步距31m，周期来压步距为17m，来压时支架加权工作阻力的平均值为4243KN，增载系数为1.09~1.21，顶板来压强度较大，工作面矿压显现强烈。

(2)永定庄煤矿15^#煤层开采时上顺槽掘进期间开挖初期巷道围岩变形较大，且速度快，前10天累计变形量为39.8mm，占掘进期间总变形的88.4%，最大变形速度为7.2mm/d。掘进期间，下位煤层巷道围岩变形中，顶板和底板围岩变形量明显高于两帮变形量，顶板岩层变形明显高于底板岩层变形。

(3)回采期间，巷道围岩变形较为一致，在通过上覆煤柱时，变形急剧加大。表明在回采过程中，上覆岩层结构发生破坏，上覆岩层发生了较大的下沉，使得顺槽围岩同时发生了较大的位移。

 

 

参考文献：

 

［1］谭云亮，《矿山压力与岩层控制》  煤炭工业出版社  2010年7月  第80~130页   地址：北京市朝阳区芍药居35号

［2］刘飞  马华  丁言露，《矿山压力及岩层控制原理》 《煤矿现代化》

2011年01期第98~100页

 

 

作者简介：张春山，1965.12出生，男，汉族，山西大同人，工程师，主要从事煤矿技术管理和研究，现任同煤集团永定庄煤业有限责任公司总工程师。

 

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