徐凤庭煤矿采煤顶板压力分析

【摘 要】介绍凤城市爱阳镇潘家徐凤庭煤矿矿产资源概况，矿区煤层地质条件特征，采煤期间煤层顶板压力变化情况，分析现阶段采煤期间煤层顶板压力条件特征。

【关键词】徐凤庭煤矿；矿产资源概况；采煤顶板压力；顶板压力条件特征

引言

凤城市爱阳镇潘家徐凤庭煤矿煤层属侏罗系下统长梁子组。煤层呈背斜轴北东构造，矿区内褶皱构造发育，背斜轴走向近北东30°，两翼倾角45—50°，煤层受背斜构造控制，中间隆起向北东倾没，煤层厚度30m。矿井采煤工作面在+151m标高布置，采煤工作面、运输顺槽、回风顺槽在采煤期间顶板压力较大，导致工作面及两顺槽支护的金属棚逐渐插入巷底的煤层里，巷道断面变小，形成安全隐患，影响采煤作业环境安全。

1 矿产资源概况

1.1 煤田地质概况

煤层地质构造处于中朝准地台（Ⅰ）胶辽台隆（Ⅱ）太子河～浑江古拗陷（Ⅲ）南翼。

1.2 煤层地质特征

___矿区出露地层有新生界第四系、侏罗系中统大堡组、侏罗系下统长梁子组。

___第四系（Q4）：分布于矿区南部。主要由冲、洪积层砂、砾石组成，厚度2～10m。

___大堡组（J2d）：出露于矿区北部。主要由灰色砂岩、砂质页岩、页岩组成，厚度80～100m，与下部长梁子组地层为平行不整合接触。

___长梁子组（J1c）：出露于矿区中部、北部。主要由灰色、灰白色砂岩、灰色粉砂岩、黑色页岩夹煤层组成。矿区内的Ⅰ、Ⅱ煤层即在此地层当中。

1.3 煤层特征

两个可采煤层均赋存于长梁子组地层当中，由上而下分别为：Ⅰ煤层和Ⅱ煤层。Ⅰ煤层：倾向北西25°，走向北东75°，倾角较陡，平均50°，平均真厚度3.0m，顶板页岩，底板砂岩，无夹层。该层煤揭露于矿区北西部，在主平硐靠近斜下+249m标高巷道处揭露，埋藏深度30—240m，控矿巷道延长近110m。

Ⅱ煤层：揭露于矿区中部，受褶皱构造影响，煤层为一个中间隆起向北东倾没的背斜构造。背斜轴走向北偏东30°，两翼倾角46～50°，煤层厚度14～24m，顶底板均为砂岩，无夹层。煤层为现在矿山主采煤层，井下控矿巷道延长近260m。目前井下开采标高在+157m～+127m之间，埋藏深度88～285m。

1.4 煤的物理性质

Ⅰ、Ⅱ煤层为无烟煤：呈黑灰色，条痕色为深黑—深灰，似金属光泽，块状构造，疏松易碎，容重1.4m3/t。煤质用途适合工业和民用取暖。

2 矿区煤层地质条件特征

2.1 矿井瓦斯等级、瓦斯涌出量

瓦斯相对量3.09m3/t，绝对量0.10m3/min；二氧化碳相对量4.73m3/t，绝对量0.64m3/min。经鉴定审批属低瓦斯矿井。

2.2 煤尘爆炸性、煤炭自燃倾向

煤尘爆炸指数为9.25%，不爆炸；煤炭自燃倾向鉴定Ⅲ类不易自燃。

2.3 水文地质条件对煤层影响分析

矿井正常涌水量为4—5m3/h，雨季涌水量为40m3/h，雨季涌水量较大。补给主要来源第四系松散堆积物浅层孔隙水，水文地质条件简单。

2.4 工程地质条件

煤层围岩为砂岩、砂质页岩及薄层页岩，裂隙不甚发育，较坚固致密岩石。砂岩普氏硬度系数f=5～15，页岩普氏硬度系数f=4～5，抗压强度R=50～150Mpa，中等稳固___稳固性岩层。工程地质条件属于第三类层状岩类，工程地质勘探复杂程度为简单型。

3 煤层顶板压力条件特征

3.1 采煤工作面顺槽掘进的顶板压力现象

矿井采煤方法为急倾斜水平分层采煤方法，煤层厚度30m。准备采煤工作面期间，在煤层底板侧掘进运输顺槽，在煤层顶板侧掘进回风顺槽，到位后开切眼布置工作面。整个掘进时间大概在5个月，工作面采用风镐掘进落煤，尽量避免炮掘震动出现顶板压力。掘进支护时金属棚穿地木梁，每架棚子两个棚腿都压在地梁上，地梁为硬质木料径16mm×20mm×3500mm长地梁，超前支护时单体液压支柱穿木鞋，木鞋为硬质木料径16mm×20mm×500mm木料。

顺槽和切眼掘进结束后，顺槽断面未有异常压力，整体巷高和巷宽基本保持不变。说明在无炮震的情况下顶板压力是受控制的，采区掘进区段煤层压力未出现破坏，煤柱支撑和金属棚支撑比较有效果。

3.2 采煤工作面作业期间顶板压力现象

采煤工作面采用放炮落煤，工作面初次回采放顶煤时，放炮震动使得回采侧巷顶附近夹带一阵风流急速吹过，整个回采期只有这一次震动风流现象，以后回采期间不会再出现风流，此时顶煤开始冒落，采煤工作面推进十米左右顶板压力开始释放，工作面2.20m高的单体支柱被巷顶压力压进巷底大约0.60m，工作面空间高度只有1.60m左右高。靠近工作面的顺槽在采煤初期整条顺槽大约有三分之一金属棚开始压力来临，棚腿开始压进巷底煤层里，压进深度在0.15～0.40m左右，随着回采进度推进，压力越来越大，此时只有严格落实采煤程序按照作业步骤加快采煤速度，才能随巷道顶板压力的来压时间保证采煤作业安全。采煤工作面在区段回采四分之一位置时，必须进行扩修顺槽断面翻修顺槽里部金属棚，重新加高棚子，否则由于已经形成的压力，导致顺槽人员进出作业时出现爬进爬出的严重安全隐患，翻修棚子由此开始直到回采期结束。

3.3 采煤顶板压力特征解析

采煤工作面的顶板压力来源主要是采煤放炮时的炮震引起，煤层在掘进时采取的措施比较有效，说明只要减少放炮次数频率和控制装药量，会在一定程度减轻顶板压力的释放空间。采煤工作面在作业期间曾经试用风镐落煤回采，但产量效果不理想，作业人员的体力消耗很大，煤工效率相差明显。为此只有采用炮采落煤，控制作业程序，及时翻修棚子，来抵消顶板压力造成的困难。

4 结语

煤矿煤层因地域不同，采煤方法不同，采煤作业难易程度会有很大区别，根据煤层地质条件的变化情况来布置井下采煤作业的工艺和方法非常重要。产量是建立在安全的基础上实现的，不断发现和改进作业环节的不足，科学组织施工，严谨作业态度，确保持续发展。

参考文献：

[1]凤城市爱阳镇潘家徐凤庭煤矿矿产开发利用方案.

[2]凤城市爱阳镇潘家徐凤庭煤矿，技术改造说明书.

作者简介：

丛勇（1973—），男，满族，辽宁凤城人，助理工程师，凤城市爱阳镇潘家徐凤庭煤矿，研究煤层地质。

关成龙（1976—），男，满族，辽宁凤城人，助理工程师，凤城市矿业开发有限责任公司，研究地质测绘。