最大~最小
平均
特征
老顶
中细砂岩
34.00~0.00
26.00
浅灰~灰白色,钙质胶结为主,致密,坚硬,工作面局部“红层”直接覆盖在煤层之上,f=4.8~7.7。
直接顶
粉砂岩
4.00~0.00
3.00
浅灰色,性脆,局部变化为泥岩,工作面局部“红层”直接覆盖在煤层之上,f=2.9~4.0。
直接底
细砂岩
5.62~3.46
4.74
浅灰色,含粉砂岩条带,性脆,富含植物化石碎片,f=3.4~5.7。
<三)巷道布置
1、工作面巷道布置
1301综放工作面的两顺槽相互平行,北侧的顺槽<沿空)作为轨道顺槽,与1302综放工作面轨道顺槽巷中至巷中的距离为7.5m;南侧的顺槽为运输顺槽,两顺槽都沿3煤底板布置。
工作面切眼沿EF44断层煤柱布置,运顺端头超前轨顺端头51.5m。
设计停采线垂直于两顺槽,运顺侧停采点沿顺槽方向距一采轨道上山336m。
2、工作面轨道顺槽
采用锚网带支护,梯形断面,上净宽3800mm,下净宽4858mm,净高3200mm,净断面积13.85m2;巷道顶部铺联金属菱形网,按照80期0mm的间距锚固M型钢带,每排M型钢带打6根φ22mm×2400mm的左旋无纵筋树脂锚杆,沿巷中每隔3.2m在M型钢带之间加打一根锚索;帮部铺联金属菱形网,按照800mm的排距锚固φ20mm×2200mm的左旋无纵筋树脂锚杆,每排每帮均匀布置四根锚杆。
按照《兖矿集团公司煤巷锚网支护技术规范》的要求,在特殊区域采取复架工字钢棚的联合支护形式。
3、工作面运输顺槽
本工作面运输顺槽位于南侧,沿3煤层底板布置,为实体煤巷道。
运输顺槽的巷道断面及支护形式与轨道顺槽相同。
4、采煤面切眼
导峒在整个切眼的东部施工,支护形式与顺槽相同,并在距导峒西帮2.3m的位置按照间距800mm的要求支设单体液压支柱。
切眼导峒拓宽后上净宽达到7000mm,下净宽达到7500mm,净断面积达到20.3m2。
切眼拓宽部分采用锚网带支护,拓宽部分的锚杆及梯型钢带的间距为800mm,每排施工6根锚杆,并在导硐衔接部位距切眼东帮2.4m的位置按照间距800mm的要求支设一排单体液压支柱。
切眼最终刷宽后,西帮打2根锚杆。
<四)生产技术条件
1、采煤方法
走向长壁顶板垮落综采放顶煤一次采全高采煤法。
2、采煤工艺过程
割煤→移架→推前溜→放煤→拉后溜。
3、支架形式
中部支架
型号:
ZFS6200-18/35
支撑高度:
1800~3500mm
中心距:
1500mm
宽度:
1410~1580mm
初撑力:
5036~55274kN
工作阻力:
6000~6250kN
支护强度:
0.8~0.86MPa
底板比压:
1.4~1.9MPa<平均)
适应煤层倾角:
≤15º
缸径230mm
端头支架
型号:
ZTF6500-19/32
支撑高度:
1900~3200mm
中心距:
1570mm
宽度:
1490~1660mm
初撑力:
6157kN
工作阻力:
6577kN
支护强度:
0.75MPa
底板比压:
2.05MPa<平均)
支护面积:
9.28m2
适应煤层倾角:
≤12º
缸径250mm
工作面开采初期安装134组液压支架,自轨顺向运顺依次为3组ZFS6200-18/35型液压支架、5组ZTF6500-19/32型可放煤排头支架、123组ZFS6200-18/35型液压支架、3组ZTF6500-19/32型可放煤排头支架。
正常开采期间为130组液压支架,其中ZFS6200-18/35型液压支架123组,轨顺端头安装4组和运顺端头安装3组ZTF6500-19/32型可放煤排头支架。
初采时,轨顺先推进,待与运顺平齐后,撤除轨顺端头的3组ZFS6200-18/35型液压支架,之后正常推进。
二、矿压观测目的及方法
1、矿压观测目的
通过矿压观测掌握1301综放工作面顶板的显现规律和超前支撑压力影响范围,摸清工作面直接顶初次垮落距离与老顶初次来压、周期来压步距以及来压强度和持续时间,检验ZFS6200-18/35型液压支架对顶板的适应性及控顶效果,同时对工作面两顺槽进行围岩变形观测,以确定煤壁前方支撑压力变化情况,检验巷道支护效果。
2、观测内容和方法
采用专项观测与常规观测相结合的矿压观测方法。
<1)专项观测
工作面顶煤及直接顶垮落专项观测。
在工作面开采初期,每天进行观测,及时掌握工作面顶煤、直接顶垮落顺序、步距。
<2)常规观测
⑴ 支架载荷:
采用ZYDC-3型液压支架压力记录仪。
在工作面设立上、中、下三个测区,6条观测线,上测区<轨顺侧)设在121架、111架,中测区设在71架、61架,下测区<运顺侧)设在21架、11架。
每个支架安设一台ZYDC-3型液压支架压力记录仪,实时监测支架前、后立柱的工作载荷。
⑵ 顶板稳定性:
用钢尺每隔10架量取采高、片帮c等值。
轨顺从距开切眼50、60、80m设立三组围岩变形观测点。
运顺从距开切眼58.6、86、90m设立三组围岩变形观测点。
在开采初期测量工作面顶板稳定性和两顺槽围岩变形及工作面进尺、采集支架载荷监测数据。
三、观测结果及分析
(一>工作面顶煤及直接顶垮落专项观测
1、工作面顶煤垮落情况
由于该面为调斜开采,轨顺比运顺拖后51.5m。
所以,开采初期多推轨顺,少推运顺,直至两侧平齐后开始正常推进。
由于调斜开采,先推轨顺,在轨顺推离切眼2.8m时,架后顶煤开始垮落,在轨顺推离切眼7.2m时工作面134~51架架后顶煤全部垮落。
运顺由于推进距离小,50~1号架架后顶煤未垮,在运顺推离切眼2.8m时,50~45架架后顶煤开始垮落,运顺推离切眼13.5m时,45~1号架架后顶煤全部垮落。
顶煤初垮步距为:
轨顺:
5m,运顺:
8.15m,平均6.575m<不包括切眼宽度7.5m)。
2、工作面直接顶垮落步距
工作面在顶煤初垮不久工作面支架后部见矸,根据现场观察和支架压力数据分析,可确定工作面直接顶初次垮落步距为:
轨顺:
7.2m,运顺:
13.5m,平均:
10.35m<不包括切眼宽度7.5m)。
本面由于两端头不同步,轨顺侧跨落后,运顺侧还未采动。
观测时两端头切顶线后的顶煤有一半没有垮落。
<二)工作面常规矿压观测
1、工作面老顶初次来压步距
老顶初次垮落步距:
轨顺:
70.4m<包括倾斜多出的51.5m),运顺:
21.6m,平均:
46m。
工作面老顶在推离切眼46m时开始垮落,老顶由工作面中部向轨顺侧和运顺侧来压。
2、来压步距及强度
表二老顶来压步距表
来压性质
来压步距
持续时间
<天)
影响范围
累计推进距离来压步距
初次来压
3
17.5
46
46
第一次周期
来压
1.5
9.25
59.7
13.7
第二次周期
来压
1.65
11.5
81.2
21.5
第三次周期
来压
1.45
8.67
109.5
28.3
平均
17.12
3、顶板来压显现特征
表三顶板来压显现特征表
来压次序
来压性质
支护阻力
(KN/架>
片帮深度
(mm>
老顶
初次来压
来压前
3829
200
来压时
4696
320
压时/压前
1.22
老顶
一次来压
来压前
3837
298
来压时
4953
360
压时/压前
1.29
老顶
二次来压
来压前
3981
325
来压时
4827
415
压时/压前
1.21
老顶
三次来压
来压前
3658
360
来压时
4826
485
压时/压前
1.31
4、工作面顶板稳定性评定
1301综放工作面老顶初次来压步距为46m<不包括切眼宽度7.5m),老顶来压时显现明显。
1301综放工作面直接顶顶板属中等稳定、老顶来压明显的顶板。
周期来压步距最大27m,最小13.7m,平均17.12m。
本面属2类Ⅳb级顶板,由于采用调斜开采,使得顶板煤岩层强度显现不明显,与邻面1302工作面相比,步距略小。
四、液压支架工作状态及阻力分布特征
1、支架载荷分布特点
⑴、支架初撑力
支架工作状态主要指支架在井下的实际工作状态,本面的支架工作状态见下图一。
图一1301综放工作面支架初撑力直方图
由上图一可以看出,该面支架的初撑力分布呈近似正态分布,说明支架的工作特性比较稳定,能够适应本面的生产条件;但也可看出支架支架初撑力集中在2400~3600KN/架的范围内,意味着支架的初撑力较低,没有及时对顶板岩煤起到支护作用,主要原因是升架时没有按要求操作,使得支架初撑力较低,没有达到规定值初撑力值,这种工作状态对生产管理不利,容易给顶板管理带来困难,严重时影响生产。
⑵、支架工作阻力
图二1301工作面支架工作阻力直方图
由上图二可以看出,该面支架的工作阻力分布呈近似正态分布,说明支护阻力基本稳定在一定范围内,说明支架的工作特性比较稳定,能够适应本面的生产条件;但也可看出支架工作阻力集中在较低值范围内,说明没有充分发挥支架效应,没有充分发挥支架的工作效能。
2、支架载荷实测值分析
表四工作面支架载荷测区
工作状态
平均值
与额定阻力比
%
最大值
与额定阻力比
%
备注
上
初撑力
3217
63
3837
76
额定初撑力按5036KN计算
工作阻力
4556
76
4796
80
中
初撑力
3350
67
3954
79
额定工作阻力按6000KN计算
工作阻力
4498
75
5592
93
下
初撑力
3321
66
4964
79
工作阻力
4926
82
5352
89
平均
初撑力
3296
65
4252
84
工作阻力
4660
77
5246
87
由上表四可以看出,全面初撑力平均值为3296KN,为额定初撑力的65%;上测区<轨顺侧)初撑力平均值为3217KN,为额定初撑力的63%,中部测区初撑力平均值为3350KN,占额定初撑力的67%,下部测区初撑力平均值为3321KN,为额定初撑力的66%,工作面初撑力偏低。
全面工作阻力平均值为4660KN,为额定工作阻力的77%;上测区<轨顺侧)工作阻力平均值为4556KN,为额定初撑力的76%,中部测区初撑力平均值为4498KN,为额定初撑力的75%,下部测区初撑力平均值为4926KN,为额定初撑力的82%。
3、支架前后柱阻力对比
表五1301工作面前、后柱阻力对比表
测区
架号
初撑力末阻力备注
前柱
后柱
前-后
前柱
后柱
前-后
上
121#
770
671
99
849
704
145
靠轨顺侧
111#
745
620
125
875
688
187
中
71#
798
629
169
909
702
207
61#
763
626
137
933
728
205
下
21#
756
561
195
893
650
243
11#
725
616
109
857
680
177
靠运顺侧
全面平均
759.5
620.5
139
886
692
194
由表五可以看出,该面支架前柱阻力普遍大于后柱,其中前柱与后柱初撑力最大差值为195KN/柱,最小差值为99KN/柱;末阻力最大差值为243KN/柱,最小差值为145KN/柱。
这是由于支架上方顶煤破坏处于变化之中,后部顶煤刚度较小,支撑强度较低,而顶煤被不断放出,使顶煤作用在支架上的作用点前移,从而表现为前柱大于后柱。
最小差值出现在上部测区,靠近轨顺端头处,与该面两侧均为实体煤,顶板比较稳定,受顶板运动回转角的影响所致;最大差值在下部测区,靠近运顺端头处,这与运顺内初采期间顶板节理发育,断层较多,造成运顺侧的煤岩强度降低有很大关系。
五、工作面巷道顺槽矿压显现特点
1、运顺围岩变形表六
表六1301综放工作面运顺巷道变形整理表
测
点
号
至煤壁距离
两帮移近量
顶底板移近量
影响范围
累计
mm/d
累计
mm/d
1#
58.6
--
--
389
12.6
16
2#
80
937
58.56
430
26.88
30
3#
90
462
27.17
402
23.65
36.6
由上表可以看出,随距工作面煤壁58m围岩变形开始增加,顶底和两帮最大变形全部都出现在3#测点,即距工作面煤壁60m处,这与所受工作面采动压力影响的时间长短有直接关系。
影响范围为36.6m。
2、轨顺围岩变形
测
点
号
至煤壁距离
两帮移近量
顶底板移近量
剧烈影响范围
累计
mm/d
累计
mm/d
1#
50
924
77
554
35.59
24.2
2#
60
695
53.46
590
45.38
32.7
3#
80
1223
76.43
550
34.37
41.2
表七1301综放工作面轨顺巷道变形整理表
由上表七可以看出,两帮累计最大移近量为1223mm,出现在3号测点,剧烈影响范围为32.7m。
六、结论及建议
1、1301综放工作面矿压显现规律
⑴该面架后顶煤初垮步距为:
轨顺:
5m,运顺:
8.15m,平均6.575m<不包括切眼宽度7.5m)。
⑵直接顶初次垮落步距为:
轨顺:
7.2m,运顺:
13.5m,平均:
10.35m<不包括切眼宽度7.5m)。
⑶垮落步距:
轨顺:
70.4m<包括倾斜多出的50.5m),运顺:
21.6m,平均:
46m。
老顶由工作面中部开始断裂,即工作面中部老顶首先来压,然后向轨顺侧和运顺侧延伸。
2、支架阻力分布特征
⑴支架的初撑力分布呈近似正态分布,说明支架的工作特性比较稳定,能够适应本面的生产条件;但也可看出支架支架初撑力集中在较低值范围内,工作面支架的初撑力偏低。
全面初撑力平均值为2561KN,占额定初撑力的50.9%;上测区<轨顺侧)初撑力平均值为2615KN,占额定初撑力的51.9%,中部测区初撑力平均值为2798KN,占额定初撑力的55.6%,下部测区初撑力平均值为2270KN,占额定初撑力的45.1%。
⑵全面工作阻力平均值为3191KN,占额定工作阻力的53.2%;上测区<轨顺侧)工作阻力平均值为3173KN,占额定初撑力的52.9%,中部测区初撑力平均值为3476KN,占额定初撑力的58%,下部测区初撑力平均值为2924KN,占额定初撑力的48.7%。
显然支架初撑力和工作阻力的利用率较低,支架阻力有较大富裕。
⑶从支架前、后柱分布特征看,支架前柱阻力均大于后柱,其中前柱与后柱初撑力最大差值为195KN/柱,最小差值为99KN/柱;末阻力最大差值为243KN/柱,最小差值为145KN/柱。
说明控顶距内前部顶煤破碎程度小于后部顶煤。
由于调斜开采,对支架的工作状态有一定影响。
3、顺槽矿压显现规律
⑴运顺影响范围为36.6m;⑵轨顺剧烈影响范围为32.7m。
4、支架适应性
ZFS6200-18/35型支架对该面顶板运动的适应性较好。
1302综放工作面实测最大末阻力为5592KN,平均5355KN,分别占额定工作阻力的93.2%和89.3%,能较好适应顶板的初次来压与周期来压。