深部开采地压控制的研究_潘立友

4 巷 道地 压
矿井向深部延伸, 巷道地压大、支护困难的矛 盾突出, 巷道显现以底鼓为主。根据对深井巷道现 场 观测, 巷道底鼓现象具有以下特征: ( 1) 巷道底 鼓量大, 产生底鼓的巷道比例增加。( 2) 煤岩体蠕 变明显, 随深度增加, 巷道变形随时间变化而发展。 ( 3) 巷道底板岩体的破裂范围较大。( 4) 巷道的底 鼓受外界的扰动非常敏感。如赵各庄矿底板巷道受 动压影响, 十水平以下巷道采动影响后需返修。
Study on the separation and the broken law of top-coal in longwall top-coal caving mining —— JIA Guang -sheng etc.
T he paper analyses the influence o f cr acks on the breaking of to p-coal in longw all to p-coal caving mining . By the observ atio n in situ, the paper studies t he separ ation and bro ken law o f top-co al in differ ent distances t o the wall and different heig hts on suppor t.
工作面实测煤层深孔基点变形量和变形速度, 可获 得该工作面内应力场的范围达 15 m 以上, 较浅部 内应力场范围明显增加。
1 支承压力变化规律
1. 1 支承压力与采深的关系 根据深部开采的支承压力变化规律的有限元
模拟结果分析, 可以得到: 应力集中系数( K ) 随采 深的增加而呈减小的趋势, 煤壁前方支承压力的集 中程度降低, 支承压力峰值明显增大( 见图 1、2 所 示) 、支承压力分布规律为: 随采深的增加, 应力集 中程度减小, 而区域的宽度增加。
200
房山矿 520 忻州窑矿 240 波 兰
240
胜利矿 250 台吉矿 550 德 国
300
陶庄矿 480 西安矿 340 英 国
600
表 2 冲击 地压次数与开采深度关系
冲击地压发生
次数和强度 发生次数 发生率/ %
发生冲击煤量/ t
200～400
4 14 5. 8
开 采 深 度/ m
400～500 500～600
文章编号: 1003- 5923( 2002) 02- 0027- 02
深部开采地压控制的研究
潘立友1, 郭明友2
( 1. 山东科技大学, 山东 泰安 271019; 2. 徐州师范大学 工学院, 江苏 徐州 221000)
摘 要: 系统地分析了煤矿深部开采地压控制的几个关键问题, 简述了深部地压特征、防治对策的研究进 展。最后指出该领域里令人关 注的力学问题。
反映, 表 3 为波兰冲击地压发生次数与开采深度的 关系, 具有明显的上升趋势。
表 1 冲击地压频度和强度与开采深度关系
矿名称
始发深度 H 0/ m
矿名称
始发深度 H 0/m
矿名称
始发深度 H 0/ m
天池煤矿 240 龙凤矿 300 南 非
300
门头沟矿 200 唐山矿 540 加拿大
180
城子矿 370 砚石台矿 235 前苏联
图 2 K max～H 曲 线
1. 3 支承压力沿底板传递规律 深部开采条件下, 由于岩体的力学性质较浅部
有所差异, 在支承压力作用下, 底板岩体的应力状 态发生变化, 呈现为应力传递深度和范围增加。根 据开滦矿区 12# 煤底板岩巷变形统计资料表明, 当 深度达到 800 m 以上时, 支承压力在底板岩体中 传递深度达 80 m 以上。如赵各庄矿十水平及其以 下巷道, 受采动影响后, 巷道受到损坏程度明显增 大。据统计: 十水平( 采深 876 m ) 巷道返 修率为 49. 9% , 十一水平巷道返修率 70% 左右, 而进入十 二水平, 绝大多数需返修。
( 1) 深部开采条件下采场支承压力的分布规 律。( 2) 不同的地质开采条件下, 地压动力现象与 采深的关系。( 3) 超过临界深度后, 巷道围岩破裂 失稳后的力学行为的研究。( 4) 动压( 扰动) 作用下 的巷道地压显现的力学机制及技术对策。
参考文献:
[ 1] 宋振骐. 关于煤矿安全开采决策关键技术的基础研究 的建议 [ J ] . 煤炭学报, 1994, 19( 1) : 1- 4.
A cco rding the ca lculat ion metho d o f contact size o f bro ken r ock blocks of main ro of in r ot ating , it is figured o ut cur ves of det ermining the insta bility ty pe. R eason o f pro cr eating er ro rs of t he tw o cur ves draw fr om sliding instability and r ota ting inst ability is demo nstr ated. It is given the cor rect deter mining cur ve of inst ability t ype for bro ken ro ck blo cks of main r oof , and the er r or s on the det ermining curv es in fo r etime liter ature is rectified.
9
9
32
32
180
1000
600～700
6 32 -
表 3 波兰冲击地压次数与采深的关系
开采深度/ m 百万吨煤冲击次数
100 238 292 332 386 445 553 4 12 23 39 83 142
ห้องสมุดไป่ตู้
3 采场地压
由于采场巷道围岩强度低, 进入深部后成为深 井软岩, 加之支承压力作用范围大, 采场巷道自稳 时间短、来压快, 底鼓巷道比重增加, 采用 U 型钢 拱形支架支护, 控制变形能力差, 对维护巷道不利, 回采期间返修率较高。根据赵各庄矿 1993～1995 年 采区实 测资 料统 计, 12# 煤 采面 走向 长 200～
我国部分矿井发生冲击地压的始发深度和国
外几个主要采矿国家的冲击地压始发深度见表 1。 从我国目前发生冲击地压较严重矿井的冲击统计 资料看, 随采深的增加, 冲击地压发生的频度和强 度增加, 表 2 为四川天池矿冲击次数与开采深度的 关系, 在开采深度 200～400 m 时冲击地压仅发生 4 次, 每次平 均冲击煤量 5. 8 t , 开 采深度增 加到 400～500m 、500～600 m 时, 冲击地压次数分别达 9 次, 冲击煤量分别为 180 t 和 1000 t 以上。开采深 度对冲击地压的影响在波兰和前苏联也有明显的
关键词: 深井地压; 深部开 采; 冲击地压 中图分类号: T D 324 文献标识码: A
在我国煤炭总储量中, 有 73. 2% 的储量埋深 在 600 m 以下, 随着煤炭资源的不断开发, 越来越 多的矿井进入深部开采。因此, 从长远看, 深部开采 的关键技术问题研究, 是我国进一步开发利用深部 煤炭资源具有战略意义的重大课题。
图 1 支承压力分布与采深的关系曲线
1. 2 采深与内应力场范围的关系 不同采深条件下, 支承压力集中系数 K 随采
深 H 的增加是逐渐减小的, 这说明随 H 的增加, 支承压力集中程度减小是由于在高应力作用下围 岩被压裂、变软, 从而造成高应力区范围变宽, 内应 力场范围随采深增加而变宽。根据赵各庄矿 2237
Y 12 = 0. 93( H / H 0 ) 3. 28 ( H 0 = 790. 0 m ) Y 9 = 1. 67( H / H 0) 2. 64 ( H 0 = 790. 0 m) 由此可见, 回采巷道不能单靠增加支架的承载 能力来限制减小围岩变形, 应从提高围岩自稳能力 和承载能力着手, 进行可缩性锚杆、围岩注浆及卸 压支护等二次支护的试验研究。
[ 2] 赵 本钧. 冲击 地压 及其 防治 [ M ] . 北 京: 煤 炭 工业 出版 社, 1995. 260- 265.
·28· 2002. №2 矿山压力与顶板管理
矿山压力
与顶板管理
ENGLISH ABSTRACTS
Research on curves of determining the instability type of broken rock blocks of main roof —— HO U Zhong -jie et c.
300 m , 从掘到开采结束时间为 9 个月, 十、十一、 十二水平平均返修次数分别 为 1. 3、1. 8、2. 4 次; 9# 煤回采巷道十、十一、十二水平平均返修次数分 别 为 2. 2、3. 3、4. 4 次。回 采 巷 道 均 采 用 棚 距 0. 5 m, 面积 7 m2 拱 型支架 支护, 十～ 十二 水平 12# 煤和 9# 煤的回采巷道返修次数与采深系数的 回归方程为:
矿山压力与顶板管理 2002. №2 ·27·
开采深度超过临界深度后, 煤层积聚的变形能 和弹性能增加。因此, 在一定的开采条件下, 如赵各 庄矿井口开阔向斜轴部区域的 12# 煤, 在采用分层 开采条件下, 在十一水平地压动力现象显现。同在 开平煤田北翼的唐山矿在采深+ 530 m 以上未发 生地压动力现象, 在- 530～- 600 m 时发生在“弧 岛 ”、“半 弧 岛”煤 柱 开 采 的 采 场, 当 采 深 达 到 - 630 m后, 在正常开采的工作面中也发生地压动 力现象, 说明地压动力现象的发生与采深有关。