矿压观测报告

矿区软煤层工作面设备可靠性研究及矿压观测研究报告晋城无烟煤矿业集团有限责任公司赵庄煤矿天地科技股份有限公司开采所事业部二○○七年十月目录1 课题提出 (1)1.1 课题研究目的及主要内容 (1)1.1.1 课题研究目的 (1)1.1.2 项目主要研究内容 (1)1.2 试验工作面开采技术条件 (3)1.2.1 试验工作面概况 (3)1.2.2 巷道布置及支护方式 (5)1.2.3 回采工艺 (5)1.2.4 顶板管理 (8)1.2.5 超前支护 (8)1.2.6 工作面劳动组织 (9)1.2.7 工作面设备配套 (11)2 工作面矿压显现规律实测研究 (12)2.1 实测研究目的及方法 (12)2.1.1 实测研究目的 (12)2.1.2 液压支架支护阻力观测 (12)2.1.3 工作面超前支承压力观测 (14)2.1.4 工作面片帮、冒顶观测 (15)2.1.5 巷道变形量观测 (15)2.2 工作面矿压实测结果分析 (16)2.2.1 顶板活动规律 (16)2.2.2 工作面超前支承压力 (20)2.2.3 煤壁稳定性分析 (21)2.2.4 巷道变形量观测结果及分析 (22)2.2.5 顶板破碎带矿压显现 (23)2.3 工作面切眼底板比压测定 (25)2.3.1 测定方法 (25)2.3.2 测定结果 (26)2.4 大采高液压支架承载特征及适应性分析 (27)2.4.1 液压支架承载特征 (27)2.4.2 液压支架适应性分析 (29)3 工作面顶板活动计算机数值模拟 (31)3.1 数值模拟简介 (31)3.2 数值模型的建立 (32)3.3 矿压显现规律数值计算结果及分析 (34)3.3.1 顶板垮落步距 (34)3.3.2 工作面超前支承压力 (35)3.3.3 工作面滞后应力状态 (37)3.4 工作面上覆岩层跨落状态数值模拟 (40)4 工作面配套设备可靠性分析 (45)4.1 设备可靠性研究目的及内容 (45)4.1.1 研究目的 (45)4.1.2 研究内容 (45)4.2 设备可靠性统计原理 (45)4.2.1 设备可靠性概述 (45)4.2.2 工作面设备及生产系统单元可靠性统计 (47)4.2.3 工作面设备单元及生产系统可靠性数据整理 (47)4.3 设备可靠性观测结果及分析 (49)4.3.1 工作面开机率统计分析 (49)4.3.2 工作面系统单元故障因素分析 (49)5 工作面回采工艺观测 (53)5.1 工艺观测目的及内容 (53)5.1.1 工艺观测目的 (53)5.1.2 工艺观测内容 (53)5.2 工艺观测结果及分析 (53)5.2.1 割煤速度 (53)5.2.2 移架速度 (54)5.2.3 推溜速度 (55)5.2.4 工艺观测小结 (56)6 主要结论 (57)1 课题提出1.1 课题研究目的及主要内容1.1.1 课题研究目的目前国内装备的大采高工作面绝大部分是以进口设备为主，随着市场经济的发展，煤炭工业日趋向大型化、集中化、高产高效方向发展，建设高产高效矿井，提高矿井经济效益已成为煤矿企业的基本经营理念，尤其是市场经济的激励机制极大地促进了采煤技术与装备水平的快速发展。

我国在引进国外大采高装备技术后，综采工作面日产量可达万吨，取得了举世瞩目的成绩。

神东公司的大柳塔矿、活鸡兔矿、补连塔矿和榆家梁矿、晋城煤业集团的寺河矿就是使用引进国外大采高装备技术的特大型矿井。

使用引进国外的大采高、一次采全厚的综采工作面装备技术取得了成功的经验。

在取得良好的经济效益之后，在设备的使用过程中同时也出现了一些问题，设备的维修费用过高，配件需要进口，一些企业为了不耽搁生产不得不采购大量的配件宜备应急之需，这样就呆滞大量的资金。

由于一些大功率设备国内无法生产，国外厂商乘机涨价，造成了大量外汇的浪费。

为了探索出一条大采高设备国产化之路，晋煤集团2005年3月装备的第一个国产大采高工作面在寺河煤矿投产。

2006年5月采用国产6.2m大采高支架的工作面正在寺河矿安装，采煤机、刮板输送机为进口设备，目前已完成工作面开采。

晋煤集团在吸取国产5.5m大采高工作面试采经验基础之上，于2006年9月份晋煤集团赵庄煤矿最大支撑高度5.5m的国产液压支架投入回采，由于该工作面是赵庄煤矿首个大采高工作面，而且开采煤层底板属软弱底板，为分析国产5.5m大采高液压支架及其他设备的可靠性与适应性，需要对赵庄煤矿首采大采高工作面进行一系列观测，包括设备可靠性、工作面矿压规律观测及工艺合理性研究等。

1.1.2 项目主要研究内容根据合同要求和项目研究需要，确定主要研究内容如下：⑴首采大采高工作面矿压观测①工作面液压支架工作阻力观测。

从工作面初采到第5次周期来压结束；②观测切眼底板比压，生产期间观测支架底座前端扎底量，分析大采高支架对软弱底板的适应性；③工作面超前应力观测。

包括辅运顺槽、回风顺槽超前应力观测，顺槽间煤柱侧超前应力观测；④工作面滞后应力观测；⑤巷道变形量观测，观测巷道的顶底板移近量、顶板离层、两帮移近量、顶板下沉速度、断面收缩率，分析其变形特征；⑥工作面冒顶、煤壁片帮情况观测，分析架前顶板破碎度。

⑵工作面液压支架受力状态分析研究检验赵庄煤矿大采高液压支架设计的合理性及制造质量，为赵庄煤矿后续大采高支架的选型提供可靠的依据。

⑶工作面顶板岩层运移状况观测通过对赵庄煤矿首采大采高综采工作面顶板岩层运移状况观测，掌握大采高综采工作面顶板岩层运移规律。

⑷工作面配套设备适应性与可靠性分析通过对工作面主要设备的故障因素以及开机率进行统计（包括采煤机、刮板输送机、转载机、破碎机、皮带机、泵站及供电系统），分析大采高设备的可靠性，以及配套的合理性。

⑸回采工艺观测与分析主要观测移架速度（包括支架移动降移各阶段的时间）、割煤速度（割煤速度、进刀速度及跑空刀速度），依据观测的数据对整个工艺的合理性进行分析，从而提出改进的措施。

⑹大采高工作面矿压显现规律数值模拟研究采用FLAC3D数值模拟软件对首采大采高工作面条件下的矿压显现规律进行模拟，作为现场观测的补充手段。

主要模拟采场矿压显现规律、超前显现规律、煤柱支承应力分布规律以及工作面滞后应力状态。

同时研究大采高条件下顶板垮落破坏特征，初步分析上覆岩层垮落带高度、裂隙带高度和缓慢下沉带高度。

1.2 试验工作面开采技术条件1.2.1 试验工作面概况⑴井下、地面位置试验工作面为1301大采高综采工作面。

该工作面北部位于南沟村东南、崇瓦张村南、关道口村西南；南部东侧为张店村，西侧为西范村；南部为杜家庄村。

该工作面南边为1102、1103、1101巷，已掘；西侧为1302工作面，未掘；东侧及北侧均未掘进及回采。

⑵煤层赋存条件煤层物理性质为黑色或黑灰色，条痕为深黑色，玻璃－强玻璃光泽。

内生裂隙发育，参差状及贝壳状断口。

煤层从上往下松软－较硬－松软，整体表现质软，疏松。

宏观煤岩类型以半亮－光亮型为主，局部可见半暗型，宏观煤岩组分以亮煤为主，少量的暗煤或镜煤。

煤层主要为线理状、条带状、层状结构，有时可见均一状结构，块状结构。

煤的容重1.42t/m3，煤质普氏硬度为2～4，盖山厚度平均 539.55m。

其煤层及顶底板特征见图 1-1。

⑶地质构造工作面由张店向斜、张店背斜构造控制，张店向斜轴向近东西向，两翼基本对称，倾角1～2°，背斜轴部位于撤架通道附近，轴向近东向西，南翼较缓，倾角2～3°，北翼较陡，倾角3～6°。

工作面整体呈北低南高、西低东高，煤岩层走向北偏东、倾向北向西。

揭露断层情况：揭露断层较多，均表现为正式断层，12013巷揭露5个，12011巷揭露3个，12012巷揭露3个，12014巷揭露7个。

揭露断层最大落差2.8m，最小落差0.4～0.5m；断层破碎带及其附近巷道顶板破碎，岩层离层、塌矸冒顶，顶板淋水大，压力大。

揭露陷落柱情况：12014巷施工至9＃导线点往前45.65m（距1102巷约930m）揭露一个陷落柱，累计通过66.95m，该陷落柱不含水，胶结情况不好，泥质胶结物遇水变软变酥。

该陷落柱主要发育在12014巷，12012巷在相应区段未揭露陷落柱，仅表现巷道顶板破碎，压力大，锚索（杆）孔、裂隙淋水大，淋水时间长。

揭露煤层及顶板裂隙情况：掘进中揭露裂隙、节理较多，节理总体较发育，主要发育两个走向，走向分别为45～60°、135～150°，尤以45～60°方向节理密度大，节理面平直，裂缝紧密且延伸长。

其它方向节理延伸短，节理面不够平直，发育密度及规范性不强。

巷道顶板裂隙、节理处均有不同程度的破碎、离层、塌矸冒顶，巷帮煤层裂隙、节理处易片帮。

图1-1 试验工作面地层综合柱状图⑷水文地质该工作面水文地质条件相对简单，3#煤层涌水来源主要是煤层顶板砂岩裂隙水，顺槽巷道掘进中均表现不同程度、不同地段淋水，煤层顶板砂岩富水性极不均匀，淋水点以锚索（杆）孔、顶板裂隙为主，淋水形式以顶板散水为主，集中出水点较少，集中出水点最大出水量实测达5～8m3/h左右，大部分地段顶板淋水随着巷道向前掘进并逐渐疏干，少部分地段顶板淋水疏干时间较长。

预计回采期间：正常涌水量：120～150m3/h；最大涌水量：180m3/h。

⑸煤尘、瓦斯情况本工作面煤尘具有爆炸性，抑制煤尘爆炸最低岩粉量45％，火焰长度30mm,煤自燃倾向性分类为三类，不易自燃。

根据矿井初设瓦斯相对涌出量预计为：3.24m3/t，地温：14～18°C，地压：平均为12.1～14.5MPa。

1.2.2 巷道布置及支护方式本工作面布置为“三进一回”布置方式，工作面东部为两条进风顺槽，靠近工作面的一条顺槽为12011巷，掘进时沿顶板掘进；另外一条为12013巷掘进时沿顶、底板掘进。

工作面西部有两条顺槽，靠近工作面的一条顺槽为进风顺槽，即12012巷，掘进时沿顶板掘进；另外一条为12014巷，作为工作面回风顺槽，掘进时沿顶、底板掘进，见图 1-2。

工作面巷道设计为矩形断面，采用锚网支护方式，并进行锚索补强。

12011巷断面大小为5.2×3.5m、12013巷断面大小为5×4.5m、12012巷断面大小为4.5×3.5m、12014巷断面大小为5×4.5m，切眼为8.3×4.5m的矩形断面，尾巷为5.0×4.5m的矩形断面。

进风横贯1＃、13＃断面大小为5×4.5m，其余横贯断面大小为3×4.5m，横贯12013侧随12013巷底板随平；回风横贯3＃、7＃断面大小为4.5×3.5m，其余横贯断面大小为3×4.5m。