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n4103初次来压

砂墩子煤矿N4103综采工作面

初次来压分析报告

生产技术科

2019年8月21日

N4103工作面矿压分析报告

一、N4103工作面基本情况

1、工作面概况

N4103综采放顶煤工作面位于砂墩子矿+750水平北翼41采区，开切眼设计长度215.7m，工作面标高为＋660～＋750m，至停采线平均走向长度2049.2m（平距），面积为442012.4㎡，煤层视密度1.31t/m³，工业储量672万吨，可采储量625万吨，所采煤层在工作面内部发育完整，平均厚度为11.6m，煤层倾向南偏西，倾角为3-5度，一般为3度，产状平缓，属近水平煤层。

工作面地质构造简单，从两顺槽揭露的情况看，工作面断层、次生小断层较发育，煤层层位变化较大、断层处顶、底板破碎，煤层厚度变化明显，主要是在开切眼24.5米处揭露一条逆断层，断层走向NE,倾向SE，倾角58度，断距3.2米。

N4103工作面东临N4102采空区，西临N4104采空区，为孤岛工作面。

2、煤层顶底板情况表

顶底板名称

岩石名称

平均厚度（m）

岩石描述

直接顶

泥岩

0.6-3.8

泥岩，灰黑色，泥质结构，块状构造，钙质胶结，胶结致密，有滑动面，局部夹杂粉砂岩

老顶

粉砂岩

细砂岩

6.5-23.9

以粉砂岩为主，灰-灰黑色，粉砂砾状结构，水平层理，块状构造，钙质胶结局部含植物叶片化石。

直接底

泥岩

1.8-17.7

灰色，细砂状结构，层状构造，钙质胶结，胶结致密，成分以长石，石英为主，局部夹杂中砂岩，分选性中等，磨圆度中等。

老底

黑色，破碎，块状泥岩构造，粉砂岩

细砂岩泥岩坦断口。

6.2

灰色-浅灰色，泥质结构，泥质胶结，致密。

3、采煤方法

N4103工作面采用走向长壁后退式一次采全高全部垮落综采放顶采煤法。

砂墩子煤矿N41采取顶煤冒放性良好，采取合理放煤工艺后，顶煤可完全放出，无需采用松动爆破预裂。

放煤步距根据我矿已回采工作面的实践经验，采取“割二放一”的循环方式，即割煤步距0.8m，放煤步距1.6m。

割煤方法为双滚筒采煤机双向割煤，有效截深0.8m，上、下端头割三角煤斜切进刀。

4、N4103工作面开切眼情况

开切眼沿煤层倾斜方向布置，以机掘为主，采用二次成巷方式，先采用掘进机掘进成宽5.5m断面，二次掘进时扩帮4.5m，最终形成净宽10m，净高3.6m的断面。

开切眼长为215.7m（平距），矩形断面，采用锚网索及ZF15000/25/45支架支护。

5、工作面设备

采煤机：

MG750/1940—WD型双滚筒采煤机

工作面前后刮板输送机：

前部刮板输送机为SGZ1000/2×855型中双链刮板输送机，总长218.225m。

后部刮板输送机为SGZ1200/2×855型中双链刮板输送机,总长219.100m，

转载机：

SZZ1350/700型中双链刮板转载机

破碎机：

PLＭ-4500型轮式破碎机

可伸缩胶带输送机：

DSJ140/230/2×315型皮带输送机

基本液压支架：

ZF15000/25/45，架中心距1.75m，支撑高度2.5～4.5m，工作阻力15000kN

过渡支架：

ZFG15000/25/40型

端头支架：

ZT23800/25/40型

超前支架：

ZT35700/25/40型

型号

ZFG15000-25/40

过渡支架

ZF15000/25/45

基本支架

ZT23800/25/40

端头液压支架

ZT35700/25/40

超前支架

支撑高度

2500-4000mm

2500-4500mm

2500-4000mm

支撑宽度

1750-1950mm

1650-1850mm

3564mm

2240mm

初撑力

12825KN

20250KN

30384KN

工作阻力

15000KN

23800KN

35700KN

支护强度

1.2Mpa

1.18-1.35Mpa

0.44Mpa

0.45Mpa

二、矿压观测方案

1、工作面综采液压支架工作阻力观测

观测方法：

工作面支架工作阻力在线观测

工作面支架工作阻力实时观测。

工作面使用KJ24型在线压力监测系统监测工作面压力，工作面共计安装13个压力计，工作面4#、14#、24#、34#、44#、54#、64#、74#、84#、94#、104#、114#、121#支架、端头支架和超前支架各安设一部液压支架监测表，安装在所需观测的支架上，获取支架前后立柱工作阻力变化的数据。

同时人工观测采面煤壁和顶板情况，发生变化时及时汇报。

通过观测支架的工作阻力变化情况，用以研究工作面顶板（上覆岩层）的运动状态和支架的工作状况，测定支架有关工作参数，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。

2、工作面超前支护区域表面位移观测

观测方法：

人工观测、记录、分析

在工作面上下顺槽回采方向间隔10m分别安装5组表面位移测点，采用人工观测手段，观测频度为每天观测，获取工作面超前压力影响范围和巷道顶底及两帮收敛情况。

3、工作面两巷布设顶板离层仪

观测方法：

人工+在线观测、记录、分析

上、下顺槽顶板每隔30m左右安设一处顶板离层仪，距切眼200m范围内每天观测一次，200m范围外每周观测一次用于实时监测顶板离层情况，为上顺槽、下顺槽顶板支护提供实时、准确、科学的依据，用以指导两巷的顶板维护。

4、超前支护监测

观测方法：

人工观测、记录、分析

对上顺槽、下顺槽超前支护单体液压支柱初撑力和工作阻力进行监测，观测方法为在上顺槽、下顺槽随机选取10~15颗单体液压支柱检测压力，并记录；工作面上、下顺槽同时各安装3个单体液压支柱无线压力监测表，与KJ24型在线压力监测系统兼容，可实时监测单体柱工作阻力变化。

三、矿压参数分析

N4103工作面掘进期间在切眼24-68m处揭露一构造，通过钻探验证，该构造为一逆断层，断层编号为F-N4103-1，走向北偏东39°，倾向南偏东51°，倾角58°，断距3.2米，受断层影响工作面破底面积1361m2，破岩高度2.2-0.2m。

受此断层影响，工作面开切眼73#至机尾呈反坡状态，对采面回采和顶板管理带来一定影响。

工作面回采初期各种外界影响因素较多，导致推进缓慢，对工作面顶板维护管理带来较大挑战。

1、工作面液压支架工作阻力分析

为减少工作面断层带来影响，尽快调整工作面，初采期间工作面机尾推进较快。

（1）采面114#支架在推进4m时，后溜顶板首先出现垮落迹象，推进23m时，顶板压力有增大现象，支架后立柱最大工作阻力增大至37.7MP，立柱安全阀出现泄压现象。

（2）采面104#支架工作阻力变化基本与114#支架同步，工作面推进23m时，顶板压力逐渐增大，支架前、后立柱最大工作阻力均为33.7MP。

（3）采面4#支架在推进26m时，顶板压力逐渐增大，支架后立柱最大工作阻力逐渐增大至30MP，前立柱工作阻力增大至35.4MP，前立柱安全阀出现泄压现象。

（4）采面34#支架在推进13m时，后溜顶板开始垮落，推进27m时，顶板压力逐渐增大，支架后立柱最大工作阻力增大至40MP，前立柱工作阻力增大至27MP。

（5）采面14#支架在推进28m时，顶板压力逐渐增大，支架前立柱最大工作阻力增大至41.5MP，后立柱工作阻力增大至32MP，后立柱安全阀出现泄压现象。

根据现场跟班发现，工作面推进至21-25米期间采面机尾常有煤炮声，煤炮主要集中在支架中前部，支架压力比平时增大3-7MPa，煤壁片帮较多，92#-96#、114#-117#支架间漏煤，上端头顶板下沉超800mm且随采随垮。

液压支架工作阻力较正常推进相比出现上升，可以推断工作面老顶初次来压，初次来压步距23-28m，老顶初次来压持续时间大约3天，主要随工作面推进度变化，工作面初次来压后支架压力变化较大，随支架正常爬移后工作阻力恢复正常，变化不明显。

2、表面位移数据分析

根据上、下顺槽表面位移和顶板离层仪观测数据分析，工作面推进初期，两巷应力分布均匀，巷道顶底板和两帮移近量较小，工作面推进6m后，巷道两帮移近量出现收敛现象，但顶底板移近量基本稳定；

巷道表面位移测站观测记录表

矿：

砂墩子

综采一队

单位：

巷道名称

N4103下顺槽

设计巷宽

5400

设计巷高

3300

安设位置（m）

工作面推进度

测点距工作面距离

测站编号

专下3

初次读数

本次读数

初次读数

本次读数

观测时间

观测人

两帮距离L0

两帮距离L1

相对位移量（L0-L1）

顶底板距离H0

顶底板距离H1

相对位移量（Ｈ0-Ｈ1）

2018.8.9

李少良

5759

3237

切眼外30m

13.644

16.356

2018.8.10

李少良

5759

5757

3237

切眼外30m

15.15

14.85

2018.8.11

李少良

5759

5743

3237

3233

切眼外30m

19.25

10.75

2018.8.12

李少良

5759

5722

3237

3225

切眼外30m

22.65

7.35

2018.8.13

李少良

5759

5687

3237

3201

切眼外30m

25.85

4.15

2018.8.14

李少良

5759

5622

137

3237

3159

切眼外30m

29.82

0.18

2018.8.15

李少良

5759

5620

139

3237

3159

切眼外30m

30.326

-0.326

2018.8.16

李少良

5759

5620

139

3237

3159

切眼外30m

34.12

-4.12

备注：

15日以后此测点进入端头支护区域，两帮位移量仅可测量上帮

巷道表面位移测站观测记录表

矿：

砂墩子

综采一队

单位：

巷道名称

N4103下顺槽

设计巷宽

5400

设计巷高

3300

安设位置（m）

工作面推进度

测点距工作面距离

测站编号

专下4

初次读数

本次读数

初次读数

本次读数

观测时间

观测人

两帮距离L0

两帮距离L1

相对位移量（L0-L1）

顶底板距离H0

顶底板距离H1

相对位移量（Ｈ0-Ｈ1）

2018.8.9

李少良

5433

3347

切眼外40m

13.644

26.356

2018.8.10

李少良

5433

3347

切眼外40m

15.15

24.85

2018.8.11

李少良

5433

3347

切眼外40m

19.25

20.75

2018.8.12

李少良

5433

3347

切眼外40m

22.65

17.35

2018.8.13

李少良

5433

5419

3347

3329

切眼外40m

25.85

14.15

2018.8.14

李少良

5433

5377

3347

3325

切眼外40m

29.82

10.18

2018.8.15

李少良

5433

5376

3347

3325

切眼外40m

30.326

9.674

2018.8.16

李少良

5433

5376

3347

3325

切眼外40m

34.12

5.88

（1）根据矿压数据分析，至工作面推进28m时，下顺槽3#测点两帮移近量快速增大至137mm，同时顶底板移近量增大至78mm，4#测点两帮移近量增大至56mm，顶底板移近量增大至22mm；

巷道表面位移测站观测记录表

矿：

砂墩子

综采一队

单位：

巷道名称

N4103上顺槽

设计巷宽

4500

设计巷高

3300

安设位置（m）

工作面推进度

测点距工作面距离

测站编号

专上3

初次读数

本次读数

初次读数

本次读数

观测时间

观测人

两帮距离L0

两帮距离L1

相对位移量（L0-L1）

顶底板距离H0

顶底板距离H1

相对位移量（Ｈ0-Ｈ1）

2018.8.9

李少良

4612

3420

切眼外30m

13.348

16.356

2018.8.10

李少良

4612

3420

3418

切眼外30m

15.915

14.085

2018.8.11

李少良

4612

4595

3420

3390

切眼外30m

18.713

11.287

2018.8.12

李少良

4612

4572

3420

3369

切眼外30m

21.513

8.487

2018.8.13

李少良

4612

4500

112

3420

3335

切眼外30m

23.513

6.487

2018.8.14

李少良

4612

4491

121

3420

3334

切眼外30m

28.113

1.887

2018.8.15

李少良

4612

4491

121

3420

3332

切眼外30m

29.509

0.491

巷道表面位移测站观测记录表

矿：

砂墩子

综采一队

单位：

巷道名称

N4103上顺槽

设计巷宽

4500

设计巷高

3300

安设位置（m）

工作面推进度

测点距工作面距离

测站编号

专上3

初次读数

本次读数

初次读数

本次读数

观测时间

观测人

两帮距离L0

两帮距离L1

相对位移量（L0-L1）

顶底板距离H0

顶底板距离H1

相对位移量（Ｈ0-Ｈ1）

2018.8.9

李少良

4767

4760

3411

切眼外40m

13.348

26.652

2018.8.10

李少良

4767

4760

3411

切眼外40m

15.915

24.085

2018.8.11

李少良

4767

4760

3411

切眼外40m

18.713

21.287

2018.8.12

李少良

4767

4759

3411

切眼外40m

21.513

18.487

2018.8.13

李少良

4767

4751

3411

3402

切眼外40m

23.513

16.487

2018.8.14

李少良

4767

4750

3411

3400

切眼外40m

28.113

11.887

2018.8.15

李少良

4767

4750

3411

3399

切眼外40m

29.509

10.491

2018.8.16

李少良

4767

4750

3411

3399

切眼外40m

32.7

7.3

（2）根据矿压数据分析，至工作面推进23m时，上顺槽3#测点两帮移近量快速增大至112mm，顶底板移近量增大至85mm，4#测点两帮移近量增大至16mm，顶底板移近量增大至9mm；

（3）根据以上矿压观测数据总结，工作面推进23-25m期间，上、下顺槽表面位移数据持续变化，巷道变形量较大，至工作面推进25m时，上顺槽3#测点两帮位移121mm，随后变化趋于稳定。

（4）工作面推进期间两巷顶板离层仪距离切眼均为30m，至工作面回采至顶板离层仪位置时，顶板离层仪深部和前部显示均为蓝区，每日观测数据变化微小，参考意义不大，可予以忽略。

3、超前支护矿压监测数据分析

工作面上顺槽由于掘进期间为低洼点，底板积水，底板松软，单体柱有钻底现象，特别是端头支护区域，陷底深度接近0.5m，下顺槽单体柱受转载机爬移、调整影响，导致单体柱工作阻力监测数据误差较大，无法有效分析；根据上、下顺槽六组单体柱无线矿压监测表数据分析，工作面推进过程中，矿压逐渐增大，至工作面上、下顺槽煤壁推进21-23m时，单体柱工作阻力到达峰值，并突然快速下降，并随工作面继续推进持续变化，至工作面推进25m时变化趋于稳定。

4、KJ550微震监测系统数据分析、验证

N4103工作面安装KJ550微震监测系统，可通过此系统监测数据，结合工作面矿压监测数据对工作面初次来压情况进行验证。

通过以上数据可分析：

工作面初次来压期间微震数量明显增多，微震事件能量总和随微震事件数量增多，但单个微震能量和震级保持稳定，无明显变化，且整体能量强度偏弱。

四、工作面初次来压安全措施

1、工作面下顺槽回采帮提前打设锚索进行补强支护，锚索规格为Φ18.96×4300mm，采用高强度低松弛钢绞线制作，锚索间距1600mm。

锚索托盘采用300×300×23mm钢板，锚索预紧力不低于250KN。

2、根据《潞安新疆煤化工（集团）有限公司砂墩子煤矿N4103工作面冲击地压防冲设计》安全防护与管理措施中安全管理措施规定，根据冲击地压多因素耦合分析法认为超前150米为冲击矿压影响区。

N4103工作面初采初放期间超前支护打设距离为150m，上顺槽顶板条件较差，为保险起见，超前支架往外20m区域“一梁三柱”排距加密至0.5m，要求单体液压支柱初撑力不小于12.5MPa。

3、为加强上端头支护，在上顺槽非回采帮侧打设无腿梁补强支护，自绞车硐室开始，共打设12排，采用11#工字钢，长度4m，每根工字钢配合5根锚索，锚索规格为Φ21.8×4300mm，锚索预紧力不低于250KN。

4、工作面机尾三角煤区域加强顶板维护，采用上网+上梁管理，提前铺设1×5m经纬网，并辅助11#工字钢。

三角煤区域帮顶破碎严重时，及时注射马丽散，确保三角煤区域帮顶完整性。

5、工作面初采期间，爬移支架必须做到少降快移，带压擦顶追机移架，并且要求顺序移架，严禁间隔分段移架，使支架受力不均衡，造成支架压坏。

条件允许时必须超前移架，特别片帮严重区段，必须超前移架。

五、结论分析

1、从观测的数据分析可知，N4103工作面顶板初次来压步距为23-28m。

开切眼附近煤层厚度接近19.5m，直接顶垮落后可基本充满采空区,采面下半段受断层影响煤层整体隆起，开切眼掘进期间支护强度较高，基本顶垮落时下沉量和下沉范围较小,因此工作面初次来压显现不明显。

2、工作面初采推进过程中，受到煤层厚度变化、地质构造及推进速度等各种复杂条件的影响，初次来压表现出的主要特征为：

工作面上、中、下部各个部位初次来压时间不一致，来压步距不相同，来压时矿压显现不明显、强度不大，达到峰值时间短，同时影响范围较小。

3、机尾段初次来压前煤壁片帮较大，顶板随工作面推进和初次来压矿压现象周期性恶化，空顶距离最大1m，个别支架防片帮无法有效支护煤壁，且三角煤区域注射马丽散效果较差，初次来压影响区域通过后，机尾顶板迅速好转。

4、现场液压支架使用情况基本不受初次来压影响，偶尔会出现部分液压支架安全阀卸载，但液压支架高压管磨损破裂和操作阀组“跑冒滴漏”情况较普遍，乳化液泵供液压力长期不足，因此要求机电部门及综采队加强对乳化液泵和液压支架维护管理。

5、通过初采期间矿压观测数据分析，可判断工作面矿压超前影响范围不超过20m，两巷超前支护范围内顶底板和两帮活动明显区域主要集中在煤壁超前15m范围内，比我矿之前回采工作面经验影响范围大2-3m。

6、通过分析总结，N4103工作面顶板初次来压步距为23-28mm，此数据可通过N4103工作面安装KJ550微震监测系统验证，根据N4103工作面Kj550煤矿冲击地压监测系统日报表和砂墩子煤矿微震事件日报表数据分析总结，工作面在推进至23-28mm时间段，工作面微震有效事件数量明显增多，微震事件能量总和增加明显，与工作面初次来压事件相吻合。

7、通过砂墩子煤矿微震事件日报表数据说明，监测显示微震总能量增加，但与微震事件数量同步增加，微震能级变化不明显，与工作面观测初次来压期间矿压显现相符。

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