“三软”煤层旋转开采矿压显现规律

摘要:本文通过对综采旋转开采矿山压力分析,总结出“三软”煤层旋转开采期间矿压显现规律,为今后在不规则扇形工作面中使用综采旋转开采提供了成功的经验,收到了明显的社会效益。

关键词:“三软”煤层;旋转开采技术;矿压显现规律

中图分类号:TD3文献标识码:B文章编号:1009-9166(2010)023(C)-0130-02

引言:大倾角综采工作面中的旋转扇形回采是在工作面布置时,煤层的产状发生了较大的变化,而工作面两巷受多种因素制约,风巷及机巷又按基于各自开门施工时的同一标高布置,从而形成了一个较大的扇形工作面,风巷及机巷不等距,相差较大,在这样不规则扇形的工作面中进行综采开采。任楼煤矿在借鉴于其他开采技术的经验上,在7231工作面成功的完成了大倾角综采工作面51°连续旋转扇形回采,并对回采期间的矿亚显现情况予以控制,收到了良好效果。

一、基本概况

(一)地质概况

任楼煤矿7231工作面位于矿井一水平中三采区西南翼,属提高回采上限工作面。工作面临近童亭背斜转折部位,整体为一背斜,倾伏向330°,倾伏角13°,煤层起伏较大,地层倾角10―30°,平均15.8°,地质构造极为复杂。煤层埋深325―350m。该面外段走向长437―474m,平均455m,里段走向长446―546m,平均496m;倾斜宽平均106.5m;斜面积约125275m2。7231工作面形成后,在中部形成了一个扇形区域,机风巷方向均改变了51°。

72煤松软、顶软、地软,是典型的“三软”煤层,直接顶为灰―深灰色泥岩,平均5.0m,质软,抗压强度弱。老顶为浅灰色细砂岩,平均厚度7.2m,成分以石英、长石为主,中厚层状,坚硬。直接底为灰―深灰色泥岩,平均4.4m±。

(二)工作面概况

工作面为走向长壁区内后退式回采,全部冒落法管理顶板。从旋采起始线开始至旋采终止线时工作面将要改变方位51°。工作面采用上海天地集团生产的MG400/920―QWD型采煤机,煤机截深为0.63m;采高2.7―3.3m;采用郑州四维集团生产的ZY6000/18.5/38两柱掩护式支架,支架工作阻力6000KN(37.3MPa),支架初撑力5607KN/架(31.5MPa);SGZ800/800型运输机。工作面安装71套支架。

二、旋转扇形回采技术工艺

(一)旋转中心的确定

根据工作面顶板状况,采用虚心旋转方式,以利于工作面的管理和两巷的维护。为改善工作面和机巷运输设备间的搭接条件,防止工作面输送机下滑和液压支架挤架,在机巷掘进期间已经布置转采斜巷,即在两拐点处掘进了一条与旋转长度相适应的转采斜巷,与旋转前后工作面机巷斜交布置。为便于工作面机巷的掘进和维护,将工作面旋转外侧机巷布置成折线形式。旋转区巷道布置如图所示。与旋转前后工作面运输巷分别成23°、28°布置,旋转区工作面机巷分三段呈折线布置,转采斜巷长54m。

在工作面风巷转点两侧10m范围确定为风巷旋转开采区域,按照垂直工作面方向确定机巷旋转开采区域,在图纸上可确定虚心旋转的圆心和旋转半径为123m。每循环工作面转角为1.375°。旋转区域可采储量2.4万t。见附图

(二)工作面循环刀数的确定

为保证工作面两端不同推进度要求,有效利用采煤机截深,旋转期间采煤机可采用长短刀相结合的切割方式。工作面每旋转一个角度,需要一组“长”、“短”刀配合割煤,如图所示。

为了保证切割质量,每一短刀的切割线平行于长刀切割线,而每次切割之后必然在工作面出现拐点,每个拐点的弯曲角度应不大于刮板输送机设计允许的弯曲角度,拐点的弯曲角度与整个切割循环的转角相等,因此切割循环的转角α应为:

……(1)

式中:N――循环内刀数;

B――采煤机截深,m;

L――工作面长度,m。

……(2)

7231工作面使用SGZ800/800运输机,该输送机允许的弯曲角度为1.5°,工作面长106.5m,采煤机实际截深0.63m,可计算出循环内最多切割刀数为5刀,工作面两端按1:5的推进比例进行调斜。根据调斜比例将工作面平均分为4段,以此确定进刀点,分别在距工作面机头27m、54m、81m、106.5m处进刀依次向机头方向割煤,最后一刀为工作面全长割煤。

7231工作面在2010年4月14日进入旋转开采到5月18日结束,风巷推进20m、机巷推进126m。

三、工作面来压规律

(一)周期来压

在连续35d的观测期内,出现6次周期来压,平均6天一次。周期来压布距18―21.5m,平均20m。其中有两次为老顶来压,工作面表现为煤壁片帮,出现顶班沿煤壁切顶现象,切顶形成台阶下沉不大,一般在200―300,对采面的威胁不大。

周期来压期间支架的工作阻力平均在5000KN/架(26MPa),工作面上部一般都达到额定工作阻力,体现了明显的板破断特征。

(二)工作面状况及推进速度的影响

在旋转开采初期受童亭背斜的影响,工作面下半部分为底臌,影响30余m。人工打插梁割煤,日进度2刀,推进速度较慢。初撑力一般在27―30Mpa之间,平均在28.3Mpa。在旋转开采中后期,工作面顶班变正常底臌消失,平均机巷日进10刀、风巷进2刀,支架初撑力在25―26Mpa。在来压期间,采面基本不出现台阶下沉。

(三)工作面矿压显现规律

旋转期间工作面每6架设一组压力表,自机巷向风巷依次编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ…Ⅺ、Ⅻ旋转期间各测点支架工作阻力实测结果见表1。

表1旋转期间工作面各测点支架工作阻力

从表看出,在靠旋转中心侧支架阻力普遍较高,向外依次减小。主要原因是工作面上部推进速度慢,移架次数少,支架受力时间长,支架不能及时前移卸载,而工作面下部推进快、移架次数多,因此支架工作阻力较小。

受压力影响,下部支架顶板破碎,旋转期间支架之间形成的三角区,架间窜矸严重,顶板管理困难,旋转回采时工作面下部支架适时调整,移架时要使用侧护板,避免支架歪斜和架间漏矸。

四、回采工作面两巷矿压显现规律

在机、风巷旋转起始位置开始每5米设一组测点,根据实测数据得顶底板和两帮相对变形曲线如图3、4所示,横座标为测点至工作面距离,纵座标为顶底板、两帮的变形速度。

图3测点Ⅰ风巷变形速度曲线

从图3可以看出,当测点距工作面60m时,风巷受采动影响,巷道变形速度加快,巷道顶底板、两帮相对变形速度由3mm/d左右加大到8mm/d左右,当测点距工作面35m左右时采动影响加剧,临近工作面时顶底板、两帮最大变形速度分别为68mm/d、73mm/d,旋转区巷道采动影响期间顶底板、两帮相对变形量分别为413mm、468mm。在旋转前正常回采时,回风巷受采动影响造成的顶底板和两帮的相对移近量为143mm和178mm,在周期来压期间旋转区回风巷顶底板和两帮的相对移近量加大了2.9和2.6倍。

图4测点Ⅱ机巷变形速度曲线

从图4看出,采动影响距离在95m左右,巷道开始有压力显现,当测点距工作面60m左右时采动影响加剧,变形速度巷道变形速度明显加大,临近工作面时顶底板、两帮最大变形速度分别为38mm/d、51mm/d,旋转区巷道采动影响期间顶底板、两帮相对移近量分别为248mm、382mm。在旋转前正常回采时,机巷受采动影响造成的顶底板和两帮的相对移近量为568mm和353mm,加强机巷维护是保证工作面安全、高效的关键。

五、结论

(一)应用综采旋转开采,加大了综采面连续推进长度和适用范围,经设计的综采旋转开采方案,有效地解决了旋转开采关键技术难题。回收煤炭2.4万t,多创产值近1000万元。

(二)工作面靠近旋转中心侧推进速度慢、支架工作阻力较大、顶板破碎,应加强维护,离旋转中心较远的一侧,支架工作阻力逐渐减小。

(三)采面两巷采动影响范围较大,局部较为严重,但只要加强超前支护,对回采影响不大;旋转开采期间对机巷下出口应加强管理,保证出煤及行人安全。

(四)加快采面推进速度,采面压力明显减小,周期来压布距明显加大,有利于采场顶班管理。

作者单位:安徽省皖北煤电集团

作者简介:任义(1982― ),男,2005年毕业于安徽理工大学电气工程系,现在任楼煤矿培训中心工作;张志国(1978― ),男,2007年毕业于中国矿业大学采矿工程系,现在任楼煤矿培训中心工作。

参考文献:

[1]《综采生产管理手册》编委会.综采生产管理手册[M].北京:煤炭工业出版社.1994:229―236.

[2]梁晓敏.大倾角高档普采工作面中旋转扇形回采技术的应用.煤炭网.