世界上幾乎所有國家的煤礦都不同程度地受到?jīng)_擊礦壓的威脅。沖擊礦壓又稱巖爆,是指井巷或者工作面周圍的巖體,由于彈性變形能的瞬時(shí)釋放而產(chǎn)生突然劇烈破壞的動(dòng)力現(xiàn)象,常伴有煤巖體拋出、巨響及氣浪等現(xiàn)象。它具有很大的破壞性,是煤礦重大災(zāi)害之一。因此,對(duì)礦壓的預(yù)測(cè)預(yù)防也是煤礦開采安全生產(chǎn)的關(guān)鍵之一。近幾年來,兗州礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司及其下屬各礦針對(duì)以前在礦壓預(yù)測(cè)預(yù)防方面存在的問題進(jìn)行了認(rèn)真分析和歸納,并且與有關(guān)單位共同開展了科技攻關(guān),積極應(yīng)用當(dāng)前已有的礦壓預(yù)測(cè)預(yù)防適用新技術(shù),提出解決方案并進(jìn)行了實(shí)施,有效地保障了礦井生產(chǎn)的安全,取得了良好的效果。
1 煤礦沖擊礦壓的主要預(yù)測(cè)手段
中國礦業(yè)大學(xué)對(duì)鉆屑法、微震法和電磁輻射法這三種現(xiàn)行較為成功的沖擊礦壓預(yù)測(cè)方法進(jìn)行了研究對(duì)比。
①鉆屑法。兗州礦業(yè)(集團(tuán))公司濟(jì)寧三號(hào)煤礦采深680~700m的6303工作面輔助順槽多次發(fā)生沖擊礦壓,特別是在西部六采區(qū)的采掘生產(chǎn)過程中先后多次發(fā)生了沖擊礦壓,嚴(yán)重地危及作業(yè)人員的生命安全。該礦通過采用鉆屑法對(duì)6303工作面輔助順槽的沖擊礦壓存在危險(xiǎn)性成功地進(jìn)行了檢測(cè),初步摸清了該順槽正常狀態(tài)下的煤粉量,并且確定了標(biāo)準(zhǔn)煤粉量的臨界值,及時(shí)根據(jù)檢測(cè)結(jié)果采取了解危措施。此法現(xiàn)在已經(jīng)成為該礦檢測(cè)與確定沖擊危險(xiǎn)、判定沖擊區(qū)域和沖擊強(qiáng)度的主要精確依據(jù)。鉆屑法在沖擊礦壓預(yù)測(cè)中發(fā)揮了很大的作用,但是應(yīng)當(dāng)指出的是,它不能夠?qū)δ壳叭找嬖龆嗟捻數(shù)装鍥_擊礦壓和剛硬巖層的斷層沖擊礦壓進(jìn)行預(yù)測(cè),對(duì)于軟弱煤層鉆孔煤粉量的應(yīng)力變化也不明顯,而且此法在實(shí)施的時(shí)候需要打鉆,占用的作業(yè)時(shí)間、空間和工程量很大,需要投入較多的人力和物力,影響與限制了采掘進(jìn)度。此法的監(jiān)測(cè)結(jié)果受到人為因素的影響,測(cè)量數(shù)據(jù)也只能夠反映測(cè)量時(shí)的靜態(tài)特征,不能夠用于在空間和時(shí)間上進(jìn)行沖擊礦壓危險(xiǎn)變化的連續(xù)監(jiān)測(cè)觀察。由于它的檢測(cè)效率地,常常作為一種輔助的預(yù)測(cè)手段。
②微震法。微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)θV范圍進(jìn)行微震監(jiān)測(cè),是一種區(qū)域性的及時(shí)監(jiān)測(cè)手段。它可以自動(dòng)記錄微震活動(dòng),實(shí)時(shí)進(jìn)行震源定位和微震能量計(jì)算。相比于其它傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段,該系統(tǒng)具有遠(yuǎn)距離、動(dòng)態(tài)、三維和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的特點(diǎn),還可以根據(jù)震源情況確定破裂尺度和性質(zhì),為評(píng)價(jià)全礦范圍內(nèi)的沖擊礦壓危險(xiǎn)提供了依據(jù)。
、垭姶泡椛浞。此法不受人工和工作面煤巖體分布不均勻及不穩(wěn)定的影響,無需打鉆,大大節(jié)省了工作量,實(shí)施時(shí)間短,準(zhǔn)確率高,對(duì)生產(chǎn)影響小,使預(yù)測(cè)費(fèi)用大幅度降低,是一種很有前途的煤巖動(dòng)力災(zāi)害預(yù)警和煤巖應(yīng)力狀態(tài)評(píng)定技術(shù)方法。
2 條帶式首采綜放工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律
兗州礦業(yè)(集團(tuán))公司濟(jì)寧二號(hào)煤礦對(duì)該礦第一個(gè)條帶式開采綜放工作面在回采過程中的支架壓力和巷道變形進(jìn)行了監(jiān)測(cè),研究分析了工作面的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律,為今后的條帶開采工作面選擇支護(hù)參數(shù)和頂板管理提供了可靠的依據(jù)。
6312工作面兩順槽與六采區(qū)膠帶輸送機(jī)巷和輔助運(yùn)輸巷相連構(gòu)成生產(chǎn)系統(tǒng)。西南側(cè)370m處為四采區(qū)采空區(qū),東側(cè)為六采區(qū)輔助下山和膠帶輸送機(jī)下山,西側(cè)360m處為6306工作面兩順槽,北側(cè)40m為正在回采中的6307工作面。6312工作面液壓支架壓力表共安設(shè)19條測(cè)線來測(cè)取液壓支架支護(hù)質(zhì)量與頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)指標(biāo);工作面共安設(shè)電腦圓圖儀測(cè)線6條,每條測(cè)線安設(shè)1臺(tái)電腦圓圖儀。從巷道位移觀測(cè)點(diǎn)距工作面煤壁由遠(yuǎn)到近的觀測(cè)過程中,礦壓觀測(cè)數(shù)據(jù)表明:超前影響范圍不超過10m;巷道累計(jì)頂板下沉量最大為16mm,頂板下沉速度最大為2.5mm/d;累計(jì)兩幫移近量最大為12mm,兩幫移近速度最大為2mm/d。
礦壓顯現(xiàn)規(guī)律表明:液壓支架后面的采空區(qū)位于“三帶”中的Ⅰ帶,直接頂和基本頂下分層冒落以后堆積在液壓支架后面的高度比較大,在采空區(qū)的上方形成了平衡拱。冒落的矸石大部分已接實(shí)頂板,對(duì)上覆巖層起到了一定的支撐作用,造成尚未垮落頂板的活動(dòng)看見相對(duì)減小。基本頂上分層位于較高的巖層位置,距離液壓支架比較遠(yuǎn),特別是工作面長(zhǎng)度只有50m,懸跨度比較小,致使基本頂上分層未有運(yùn)動(dòng)。所以,頂板來壓時(shí)工作面壓力不是太大,礦壓顯現(xiàn)不是太明顯,來壓強(qiáng)度不大。由于該工作面是俯采,而且推進(jìn)速度快,所以工作面基本上無片幫的學(xué)習(xí)。但是,采空區(qū)的冒落矸石存在著向前的推力,回采的時(shí)候要加強(qiáng)工作面及端頭的頂板管理,提高液壓支架和單體支柱的初撐力,使得液壓支架接實(shí)頂板,以阻止冒落矸石向前的推力,保證工作面的安全生產(chǎn)。
3 礦井邊緣“刀把”綜放工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究
兗州礦業(yè)(集團(tuán))公司南屯煤礦通過對(duì)礦井邊緣風(fēng)氧化帶附近“刀把”式綜放工作面礦山壓力顯現(xiàn)的觀測(cè)和研究,掌握了其礦壓顯現(xiàn)規(guī)律,對(duì)于提高回采率和今后礦井邊緣風(fēng)氧化帶附近“刀把”式綜放工作面的開采具有指導(dǎo)意義。
該工作面采用偽傾斜長(zhǎng)壁綜采單輪間隔放頂煤一次采全高全部垮落采煤法。在工作面兩切眼東部、中部和西部共分6個(gè)測(cè)區(qū),安裝6塊電腦圓圖壓力自記儀,分別監(jiān)測(cè)液壓支架前后柱工作阻力;從距切眼60m起,在兩巷頂?shù)准皟蓭兔扛?0m布置1組測(cè)點(diǎn),采用十字布點(diǎn)法對(duì)巷道頂?shù)装逑鲁、兩幫閉合量進(jìn)行觀測(cè)。綜放工作面兩切眼直接頂初次垮落和老頂初次垮落均有所不同:小面直接頂初次垮落從工作面兩頭開始向中部發(fā)展,垮落步距平均28.4m;大面則從工作面東部(即兩切眼接合后的工作面大面中部)開始向西部發(fā)展,垮落步距平均14.2m。小面老頂初次來壓從工作面兩頭開始向中部發(fā)展,垮落步距平均46.9m;大面也從工作面兩頭開始向中部發(fā)展,垮落步距平均39.8m。小面周期來壓范圍大,大面較小,變化范圍在13.2~26.9m左右,為老頂初次來壓步距的 0.3~0.6。
由于東順槽受到采空區(qū)的影響,采動(dòng)影響的范圍較大,在距離工作面前方47.3m以內(nèi);劇烈影響在工作面前方11m以內(nèi);兩幫最大移近速度為 69mm/d,頂?shù)鬃畲笠平俣葹?0mm/d,必須加強(qiáng)兩順槽50m以內(nèi)的超前支護(hù)強(qiáng)度,確保安全生產(chǎn)。初次放頂期間,泵站壓力必須達(dá)到設(shè)計(jì)壓力 30MPa,確保掖壓支架有足夠的初撐力;加快工作面的推進(jìn)速度,合理控制采高在2.8m以內(nèi),保證采放比;沿著底板割煤,頂煤要及時(shí)放干凈,見矸即停,保證產(chǎn)量和老空老頂?shù)募皶r(shí)冒落。液壓支架的前柱受到的壓力大于后柱,容易使得前后柱失衡嚴(yán)重,生產(chǎn)過程中要加強(qiáng)管理,確保4個(gè)立柱能夠均勻受力,保證支架處于合理的工作狀態(tài)。
4 工作面?zhèn)认蛑С袎毫︼@現(xiàn)規(guī)律研究
兗州礦業(yè)(集團(tuán))公司南屯煤礦通過對(duì)93上01工作面礦壓觀測(cè),初步掌握了深部開采綜放工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律,使今后九采區(qū)深部沿空掘巷時(shí)預(yù)留煤柱尺寸更加科學(xué)合理,為解決傾斜煤層仰斜綜放開采的綜合技術(shù)問題提供了依據(jù)。
、偕享槻蹅(cè)向支承壓力分布和煤體破壞分布規(guī)律分析。隨工作面推進(jìn),上順槽兩組全部10個(gè)不同深度的煤體應(yīng)力計(jì)應(yīng)力變化非常清晰地反映了由于開采而引起工作面上方應(yīng)力的分布特點(diǎn)和煤體的破壞情況。總體而言,側(cè)向煤體的塑性破壞深度達(dá)到5.56~6.15m,最大不超過7.15m。側(cè)向 7.15~8.35m是采動(dòng)后采空區(qū)側(cè)向總體支承壓力的高峰位置。這一峰值是由上覆巖層的總體運(yùn)動(dòng)所引起的。工作面后方189m處的應(yīng)力高峰仍然未達(dá)到最大值,但此時(shí)的總體支承壓力集中系數(shù)(工作面平均采深538m) 已經(jīng)達(dá)到最大值。
、谙马槻蹅(cè)向支承壓力分布和煤體破壞分布規(guī)律分析。與上順槽的應(yīng)力分析方法一樣,就側(cè)向總體支承壓力分布特征而言,6.65m是后方支承壓力的峰值。從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)而言,最大應(yīng)力集中系數(shù)、應(yīng)力集中系數(shù)比上順槽明顯增大,是上順槽的1.36倍。
、蹆A向煤層工作面上下側(cè)煤巖體破壞和應(yīng)力分布對(duì)比。93上01工作面傾角13°~14°條件下側(cè)向煤體的破壞和應(yīng)力分布有以下基本特征:傾斜放頂煤工作面兩側(cè)實(shí)體煤內(nèi)均存在明顯塑性破壞區(qū)域,而上順槽煤體破壞區(qū)域稍大,兩者相差1~2m。同樣,采空區(qū)上端側(cè)向起始彈性區(qū)范圍大致相當(dāng),上端比下端稍大 0.5m。采空區(qū)兩側(cè)每體支承壓力分布基本規(guī)律相同,即彈性區(qū)內(nèi)煤體持續(xù)增加并最終穩(wěn)定。采空區(qū)兩側(cè)總體支承壓力作用范圍基本相當(dāng),采空區(qū)兩側(cè)煤體應(yīng)力集中程度有差異;按同樣的采空區(qū)距離計(jì)算,下順槽側(cè)向支承壓力較大。
5 南屯礦薄煤層首采工作面礦壓顯現(xiàn)研究
兗州礦業(yè)(集團(tuán))公司南屯煤礦通過對(duì)1601小槽煤首采工作面的觀測(cè),對(duì)其礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行了研究,為薄煤層安全開采和支護(hù)設(shè)計(jì)提供了可靠的技術(shù)依據(jù),對(duì)于類似地質(zhì)條件的礦井有很強(qiáng)的借鑒意義和實(shí)際推廣應(yīng)用價(jià)值。
1601工作面采用自然垮落法管理頂板,最小控頂距支護(hù)為“322”支護(hù)方式,柱排間距1m;切頂排配SQD-1200型墩柱,柱距3m。實(shí)踐和礦壓觀測(cè)結(jié)果驗(yàn)證適合該礦薄煤層工作面開采條件的。該面基本頂來壓規(guī)律是:初次來壓步距29m,周期來壓步距8~11m,平均9.7m。周期來壓特點(diǎn)為大周期與小周期間隔顯現(xiàn);卷敵醮蝸韷簭(qiáng)烈,來壓時(shí)伴有明顯頂板斷裂聲響和支柱阻力急增。單體支柱循環(huán)總平均84.15kN/棵,初撐力90kN/棵以下占總數(shù)56.55%,多數(shù)單體支柱初撐力偏低,達(dá)不到工作面作業(yè)規(guī)程和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化要求,必須堅(jiān)持二次注液或提高泵站壓力。單體支柱實(shí)測(cè)工作阻力 90.1~160kN/棵占總數(shù)64.46%,工作阻力偏低。其原因主要是該面底板為鋁質(zhì)泥巖,遇水后更為松軟,致使支柱鉆底處于降阻狀態(tài)。切頂墩柱初撐力在300.1~400kN/棵占總數(shù)40.48%,大于額定值600kN/棵的一次未出現(xiàn),初撐力較低。要確保泵站壓力與延長(zhǎng)升柱時(shí)間以提高切頂墩柱初撐力。支柱最大鉆底量在來壓期間172mm,平均159mm,超過了采煤作業(yè)規(guī)程和安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求的不大于100mm,應(yīng)采取加大柱鞋面積、提高初次來壓和周期來壓期間支護(hù)強(qiáng)度、切頂排柱間加支一棵單體或切頂排三花柱布置等措施。
根據(jù)對(duì)工作面中巷頂?shù)、兩幫位移量礦壓觀測(cè),兩巷為實(shí)體煤開采條件下,回采巷道超前明顯影響范圍在20m內(nèi)較為強(qiáng)烈,在工作面超前20m范圍內(nèi)進(jìn)行巷道超前支護(hù)基本處于合理范圍。通過對(duì)該面支護(hù)密度和強(qiáng)度的理論計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)支護(hù)密度及強(qiáng)度計(jì)算對(duì)比,該面的支護(hù)設(shè)計(jì)密度和支護(hù)方式基本滿足日常安全生產(chǎn)和頂板控制的需要。
6 短壁綜放面快速推進(jìn)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律
兗州礦業(yè)(集團(tuán))公司濟(jì)寧三號(hào)煤礦通過對(duì)短壁綜放面快速推進(jìn)條件下的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律與特征研究,對(duì)工作面回采提出了有針對(duì)性的防范措施,實(shí)現(xiàn)了工作面快速掘進(jìn)時(shí)的安全生產(chǎn),為今后類似條件的工作面巷道布置和支護(hù)參數(shù)選擇提供了切實(shí)可靠的依據(jù)。
163下03綜放面是該礦第一個(gè)短壁綜放工作面。工作面自老頂初次來壓后進(jìn)入快速推進(jìn)階段,最大推進(jìn)速度14.4m/d,最小推進(jìn)速度6.4m/d,平均推進(jìn)速度11.4m/d。他們通過對(duì)工作面的綜合礦壓觀測(cè),結(jié)合工作面液壓支架壓力曲線圖,并根據(jù)工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律與特征的研究分析,發(fā)現(xiàn)液壓支架工作阻力在短壁綜放工作面快速推進(jìn)階段變化不大,支架增阻時(shí)間較短。液壓支架從初撐力、增阻直到恒阻狀態(tài)變化時(shí)間約為55小時(shí)。
根據(jù)相鄰及其它采區(qū)工作面的頂板來壓資料判定,綜放工作面頂板來壓為頂板斷裂緩慢來壓的運(yùn)動(dòng)方式。由于工作面的快速推進(jìn),工作面在周期來壓階段的周期來壓時(shí)間較短、來壓強(qiáng)度較弱,超前支承壓力明顯影響范圍約為25m;老頂初次來壓階段的超前支承壓力明顯影響范圍約為35m,超前應(yīng)力集中在工作面前 13m。工作面在快速推進(jìn)時(shí),老頂巖層的運(yùn)動(dòng)范圍小,頂板下沉范圍和重量變小,老頂運(yùn)動(dòng)時(shí)礦壓顯現(xiàn)影響明顯減弱,來壓強(qiáng)度降低。這是由于超前支承壓力在工作面的持續(xù)快速推進(jìn)下,老頂運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)壓沖擊被甩向工作面后方采空區(qū)側(cè)。同時(shí),造成工作面兩順槽采空區(qū)頂板懸頂,最大懸頂長(zhǎng)度15m,一般懸頂長(zhǎng)度為 5m。兩順槽單體支柱工作阻力受采動(dòng)變化影響小。
總體來看,在綜放面的快速持續(xù)推進(jìn)下,來壓時(shí)間短,老頂來壓對(duì)采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)的影響減小,來壓強(qiáng)度降低;造成采空區(qū)懸頂,要加強(qiáng)工作面及兩順槽支護(hù)質(zhì)量管理,加強(qiáng)支架對(duì)頂板的控制能力,有利于工作面頂板管理。
7 近距離跨采巷道支承壓力研究有結(jié)果
在某些特定的條件下實(shí)行跨巷開采具有生產(chǎn)連續(xù)、生產(chǎn)系統(tǒng)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)集中可靠等優(yōu)點(diǎn),但是存在巷道維護(hù)困難的問題,特別是近距離跨采巷道更是如此。山東科技大學(xué)開展了近距離跨采巷道支承壓力的研究,歷時(shí)10個(gè)月,對(duì)兗州礦業(yè)(集團(tuán))公司興隆莊煤礦的近萬個(gè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析,找出了規(guī)律,并且成功地對(duì)巷道進(jìn)行了維護(hù),取得了很好的效果。
興隆莊煤礦5319軌道巷位于煤層底板的巖石中,巷道頂板相距煤層底板5~34m,其中有長(zhǎng)度分別為100m與140m的兩段距離在10m以內(nèi),5318綜采放頂煤工作面近距離縱跨5319軌道巷開采,工作面回采所形成的移動(dòng)支承壓力對(duì)該巷道的變形與破壞產(chǎn)生了重要的影響。為了針對(duì)該巷道的支護(hù)和維護(hù)提供對(duì)策,他們采用鉆孔測(cè)力計(jì)和測(cè)槍,分別在5319軌道巷進(jìn)行了支承壓力觀測(cè)和巷道變形觀測(cè),找出了5318綜采放頂煤工作面移動(dòng)支承壓力在煤層底板中不同層位上的傳播規(guī)律(包括支承壓力在底板中不同深度的變化規(guī)律、支承壓力峰值位置在底板中的傳遞規(guī)律、支承壓力范圍與巖柱的關(guān)系、移動(dòng)支承壓力在煤層底板的應(yīng)力分布)及其對(duì)5319軌道巷的變形規(guī)律(包括累計(jì)變形量與巖柱厚度的變化、變形速度隨著巖柱厚度的變化、變形影響范圍隨著巖柱的變化)。
此項(xiàng)研究結(jié)果表明:近距離跨采巷道的變形主要取決于工作面移動(dòng)支承壓力作用于巷道圍巖上的量值,該量值的大小又取決于超前移動(dòng)支承壓力在煤層底板中的傳播規(guī)律。5319軌道巷經(jīng)過預(yù)先加固,其近距離跨采地段經(jīng)受住了5318工作面跨采移動(dòng)支承壓力的影響,其頂板移近量小于260mm,兩幫的移近量小于 150mm,保證了該巷道通風(fēng)、行人、運(yùn)料、排水等工作的正常進(jìn)行。
8 薄煤層炮采液壓支架工作面礦壓觀測(cè)分析
兗州礦業(yè)(集團(tuán))公司北宿煤礦通過礦壓觀測(cè)研究7700薄煤層炮采液壓支架的支護(hù)效果,分析了支架支護(hù)參數(shù)及支架與圍巖相互關(guān)系,為薄煤層工作面頂板控制及液壓支架設(shè)計(jì)參數(shù)提供可靠依據(jù)。
礦壓觀測(cè)分析表明:該工作面與同煤層純支柱工作面來壓步距和強(qiáng)度基本相同;卷敵醮蝸韷狠^明顯,來壓步距21m;周期來壓特點(diǎn)為大周期與小周期間隔顯現(xiàn),大周期壓力顯現(xiàn)明顯,周期來壓步距7~11m,動(dòng)載系數(shù)平均1.07。與單體液壓支柱工作面相比,ZDB2400/06/12A型支撐掩護(hù)液壓支架支移放頂工序影響時(shí)間短、安全程度高,減少支護(hù)空間非人為漏頂,且能保證溜前操作人員安全空間。液壓支架的初撐力、工作阻力最大平均值分別為額定值的 72.5%、92.5%,液壓支架支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)值基本合理。液壓支架前柱末阻力大于后柱,其平均值相差41kN/柱。
從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際分析,放炮后至移架前,架前控頂距達(dá)到最大值。在此期間,支承壓力重新分布是液壓支架前柱受力增大的主要原因。液壓支架循環(huán)最大工作阻力(即支架的末阻力)在移架前,也就是液壓支架控頂距處于最大值期間。作為薄煤層炮采液壓支架工作面,此期間的控頂時(shí)間較長(zhǎng),也是發(fā)揮支架支護(hù)能力的。因此,液壓支架的設(shè)計(jì)支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)該按最大控頂距計(jì)算,得出移架前、后的支護(hù)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為0.472MPa和0.583MPa,符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際。
液壓支架與單體支柱支護(hù)效果在頂板來壓期間的特點(diǎn)是:頂板來壓步距基本相同;混合支護(hù)工作面頂?shù)装逡平看笥趩误w支柱面;液壓支架的活柱縮量小于單體支柱面;液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度和動(dòng)載系數(shù)與單體支柱面相差較小。1.2m 的12A型小寬度液壓支架與1.5m正常寬度液壓支架相比,支護(hù)強(qiáng)度提高20%,動(dòng)載系數(shù)、活柱縮量及頂?shù)装逡平糠謩e減少9.4%、12%和14%。改造后的小寬度液壓支架更適應(yīng)同類薄煤層炮采工作面頂板條件。
9 快速推進(jìn)綜采工作面的頂板活動(dòng)規(guī)律
中國礦業(yè)大學(xué)和兗州礦業(yè)(集團(tuán))公司南屯煤礦在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的基礎(chǔ)上,研究了快速推進(jìn)高產(chǎn)高效綜采工作面的頂板活動(dòng)特征和支架承載特性,其結(jié)果對(duì)于高產(chǎn)高效工作面頂板事故的控制、支架選型及改善支架—圍巖關(guān)系具有重要的意義。
工作面快速推進(jìn)條件下的頂板活動(dòng)規(guī)律有以下基本特點(diǎn):來壓的影響時(shí)間縮短,影響范圍減小;來壓的間隔時(shí)間縮短,來壓次數(shù)頻繁;對(duì)3個(gè)部位的觀測(cè)表明,來壓步距最大相差14m,平均相差7m,即不到2d的時(shí)間,基本呈現(xiàn)整體來壓的趨勢(shì);工作面來壓的時(shí)候動(dòng)載系數(shù)比較小,平均為1.42,最大1.61,最小1.25,來壓強(qiáng)度比較低;來壓步距比相同地質(zhì)條件下的一般速度(3~5m/d)推進(jìn)時(shí)大2~3m。
此項(xiàng)研究的結(jié)論是:中厚煤層快速推進(jìn)高產(chǎn)高效綜采工作面的老頂來壓持續(xù)時(shí)間短、影響范圍及來壓強(qiáng)度較小、礦壓顯現(xiàn)不明顯,呈現(xiàn)了與一般速度推進(jìn)時(shí)老頂不同的活動(dòng)特征,而且有利于對(duì)頂板的控制及管理?焖偻七M(jìn)條件下,直接頂初次垮落步距及老頂來壓步距均較一般速度推進(jìn)時(shí)大,而且上覆巖層的離層破壞范圍相對(duì)較小。工作面的推進(jìn)速度加快,實(shí)質(zhì)上是減小了工作面頂板發(fā)生變形的時(shí)間,使頂板的破壞范圍和活動(dòng)程度減小、來壓步距比一般速度推進(jìn)時(shí)偏大,礦壓顯現(xiàn)不明顯。高產(chǎn)高效面的支架95.4%呈現(xiàn)一次增阻工作特性,支架增阻量比較小,平均為額定初撐力的25.4%;支架立柱的循環(huán)增阻時(shí)間比較短,平均只有 96min,支架很少在恒阻狀態(tài)下工作。保持工作面穩(wěn)定的推進(jìn)速度是改善支架圍巖關(guān)系與搞好頂板管理的關(guān)鍵,尤其是遇到頂板比較破碎或者地質(zhì)構(gòu)造破碎帶的時(shí)候,快速推進(jìn)保證了支架具有較高的初撐力,提高了支架的穩(wěn)定性。
10 興隆莊礦開展煤礦地應(yīng)力測(cè)量與研究
兗州礦業(yè)(集團(tuán))公司興隆莊煤礦開展了煤礦地應(yīng)力測(cè)量與研究,根據(jù)地應(yīng)力的分布特點(diǎn)分析地應(yīng)力對(duì)井下掘進(jìn)巷道穩(wěn)定性的影響,為巷道布置、錨桿支護(hù)設(shè)支架選地表沉陷預(yù)計(jì)等提供了科學(xué)的依據(jù)。
原巖應(yīng)力測(cè)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)盡可能地避開地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜地段及受到采動(dòng)影響的部位,鉆孔深度一般為巷道寬度2倍以上。根據(jù)這個(gè)礦的生產(chǎn)要求和井下的地質(zhì)條件,他們?cè)谒牟蓞^(qū)4328運(yùn)煤巷和4324運(yùn)煤巷、十采區(qū)三橫軌道巷、一采區(qū)4#膠帶運(yùn)輸巷和五采區(qū)5300回風(fēng)巷共布置5個(gè)地應(yīng)力測(cè)點(diǎn),采用套心應(yīng)力解除法進(jìn)行測(cè)量,依據(jù)巖體的應(yīng)變來計(jì)算地應(yīng)力的大小和方向。巖體內(nèi)任意一點(diǎn)的應(yīng)力分量為6個(gè),只要有6個(gè)不同方向布置的應(yīng)變片的應(yīng)變數(shù)據(jù)即可以建立應(yīng)力應(yīng)變方程組計(jì)算出巖體的三維應(yīng)力。此項(xiàng)研究采用的ANZI應(yīng)力計(jì)共有18個(gè)應(yīng)變片,可以通過應(yīng)變片的多種不同組合來相互驗(yàn)證計(jì)算數(shù)據(jù),從而獲得可靠的測(cè)量結(jié)果。
從應(yīng)力解除曲線來看,鉆進(jìn)開始的時(shí)候各個(gè)應(yīng)變片的應(yīng)變量均為0;鉆進(jìn)接近應(yīng)變片的時(shí)候,周向應(yīng)變片處于受壓的狀態(tài),應(yīng)變值逐漸變小,曲線上的應(yīng)變量表現(xiàn)為負(fù)值,而其余應(yīng)變片的應(yīng)變量則逐漸增加;當(dāng)解除距離為400mm的時(shí)候,巖芯筒鉆過應(yīng)變片所在位置,周向應(yīng)變片的應(yīng)變值陡然變大,在曲線上的應(yīng)變量由負(fù)值變?yōu)檎,?yīng)變片經(jīng)歷一個(gè)應(yīng)力突然釋放的過程;隨著解除距離的增加,各個(gè)應(yīng)變片的應(yīng)變量趨于穩(wěn)定,應(yīng)變片的應(yīng)變變化與實(shí)際情況相符。
實(shí)測(cè)的最大水平主應(yīng)力為最小水平主應(yīng)力的1.6~2.2倍,說明水平應(yīng)力對(duì)巷道掘進(jìn)的影響具有明顯的方向性;最大水平應(yīng)力為垂直應(yīng)力的1.2~1.4倍,對(duì)井下巖層的變形破壞方式及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律有著很大的影響。
11 煤礦頂板安全儀器檢測(cè)合格率低的原因
兗州礦業(yè)(集團(tuán))公司機(jī)械制修廠通過對(duì)煤礦頂板安全儀器儀表檢測(cè)合格率低的要因研究,并且采取了相應(yīng)的治理措施,使得煤礦頂板安全儀器儀表檢測(cè)合格率明顯提高。
煤礦頂板安全儀器儀表是指用于回采工作面壓力和位移監(jiān)測(cè)儀表、巷道圍巖位移儀表、聲發(fā)射監(jiān)測(cè)儀表、礦壓監(jiān)測(cè)儀表、錨桿支護(hù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀表與頂板安全相關(guān)的監(jiān)測(cè)儀器儀表等。
他們根據(jù)檢測(cè)合格率低的不同因素制定出相應(yīng)的對(duì)策。
、籴槍(duì)不按期送檢、運(yùn)輸過程中損壞和使用中責(zé)任心不強(qiáng)造成損壞等人為因素的影響,通過制定和完善儀器儀表周期檢定及相關(guān)的管理制度,并狠抓制度的落實(shí)與提高監(jiān)督檢查的力度,保證儀器儀表周期檢測(cè)的正常進(jìn)行;制定和完善儀器儀表使用、維護(hù)及保養(yǎng)制度,確保儀器儀表在使用和運(yùn)輸過程中不出現(xiàn)人為的損壞。
②針對(duì)粉塵煤塵較多、矸石煤塊撞擊及淋水大等使用環(huán)境因素的影響,通過采取防塵、防水和防碰撞等措施,如給儀器儀表制作較封閉的外殼及對(duì)儀器儀表作防水處理等,以保證其使用環(huán)境符合要求。
、坩槍(duì)產(chǎn)品外殼不堅(jiān)硬、選用材質(zhì)不適宜、產(chǎn)品設(shè)計(jì)缺陷、配件購置難、焊縫漏油和注油量過多或不足等儀器儀表自身設(shè)計(jì)及使用材料因素的影響,采取及時(shí)向生產(chǎn)廠家反饋產(chǎn)品質(zhì)量信息,定期向用戶通報(bào)各生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品質(zhì)量情況等措施,促使生產(chǎn)廠家及時(shí)改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及加工工藝、選用合適的材料來提高產(chǎn)品質(zhì)量。
、茚槍(duì)檢測(cè)人員視差影響、試驗(yàn)臺(tái)性能不穩(wěn)定和檢測(cè)方法不正確等儀器儀表檢測(cè)方面因素的影響,采取加強(qiáng)對(duì)檢測(cè)人員的技術(shù)業(yè)務(wù)培訓(xùn),不斷提高其檢測(cè)技術(shù)水平,消除由檢測(cè)人員視差等造成的影響;加強(qiáng)對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的維護(hù)和保養(yǎng),使其始終保持良好的性能。對(duì)于一些當(dāng)前國家計(jì)量檢定規(guī)程尚未覆蓋的儀器儀表編制相應(yīng)的校準(zhǔn)規(guī)范,經(jīng)有關(guān)質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門備案、批準(zhǔn)后發(fā)布實(shí)施,以消除由于檢測(cè)方法不正確等帶來的影響。
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