汝箕沟煤矿山地浅埋煤层矿压特征及上覆岩层运动规律研究

汝箕沟煤矿山地浅埋煤层矿压特征及上覆岩层运动规律研究

周廷扬赵晓东

（1.神华宁夏煤业集团公司汝箕沟煤矿，宁夏石嘴山753404，2.大连大学院士创业园，辽宁大连116622）

摘要：结合汝箕沟煤矿3229和32211工作面的矿压观测结果，揭示了山地浅埋煤层的矿压显现规律, 分析顶板活动规律和来压机理, 对研究山地浅埋煤层顶板结构理论和指导生产实践具有重要的理论和实践意义。

关键词：山地浅埋煤层矿压观测老顶

中图分类号：文献标识码：A 文章编号：

1 引言

采场顶板岩层的运动及控制是矿压理论研究的主要内容和目的之一，摸清采场顶板岩层的运动特征及规律是采场顶板控制的前提。国内关于典型的浅埋煤层岩层控制的研究已经开展了不少，根据基岩与载荷层厚度之比及顶板破断特征，浅埋煤层大体上可分为两种类型：一种是以神府矿区为代表的埋深浅、基岩薄、上覆厚松散沙层的煤层，其顶板破断为整体切落形式，易于出现顶板台阶下沉；另一种是基岩厚度较大、松散载荷层厚度比较小的浅埋煤层，初次来压期间其顶板具有明显的板破断特征。神华宁夏煤业集团汝箕沟矿区属于山地浅埋煤层，由于地表变化非常大，局部埋深变化量多达150m，造成采场上覆岩层的岩性及基岩厚度差异性显著，而煤层上覆岩层破坏一直延伸到地表，地面出现裂缝和塌陷沟壑等，具有浅埋煤层上覆岩层运动的特征。由于矿井为煤与瓦斯突出的“双突”矿井，多年来受采空区隐蔽火区及大量防灭火注浆水的影响，上覆岩层运动所产生的垮塌裂缝通过负压可直接涌向综放上隅角、顶板巷及回风流，造成CO等有害气体超限，严重时可造成上方采空区的塌通，造成火灾或水灾，直接对生产安全造成严重威胁。

2 地质赋存特征

汝箕沟煤矿位于宁夏平罗县境内，贺兰山北段腹地汝箕沟煤田。井田内地表山峦起伏，沟谷纵横，悬崖陡壁，地势险峻。矿区由于位于贺兰山褶皱带中段，受燕山运动影响，矿区构造线与山形走向略同，呈闭合式向斜构造，汝箕沟向斜在汝箕沟井田为一北东50°方向的近似对称向斜，矿区褶皱多，断层少。煤层年代为下侏罗统延安组，上部灰白色石英厚层粗砂岩，夹主要煤层及粉砂岩，下部为灰白色石英粗砂岩、粉砂岩互层夹厚，中厚及薄煤层，底部为具菱铁鱼状的粉砂岩与下覆地层分界，呈平行不整合接触。主采煤层为二层煤，其中二1层煤为稳定的厚煤层，单一结构，平均厚度6m左右；二2层煤分为两组：即二21层煤和二22层煤，二2层上距二1层30.1m，平均厚度13.03m，为稳定的巨厚煤层，结构较复杂，含夹矸两层。煤层从北西向南东煤层倾角逐渐变小，倾角3°~15°，平均9°，局部有骤增现象，煤层走向55°~68°，倾向145°~158°。二21煤直接顶厚度4.41 m，灰黑色砂

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8620火区

32210火区

3229火区

8310

869

8311

8513

860

8510

861

862

32211工作面

3229工作面

3227工作面

119

117

图例

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钻孔地表裂缝工作面2D-21分层

工作面2D-22分层火区

（a ）工作面平面图

3227二2煤2煤

质泥岩～细砂岩，层理发育，以砂质泥岩为主；伪顶厚度0.35 m ，黑色鳞片状泥岩~炭泥岩，破碎，较软，易冒落；老顶厚度12 m ，灰白色中砂岩~粗砂岩，含石英颗粒，致密坚硬；直接底厚度3.05 m ，灰黑色砂质泥岩，局部相变为细砂岩；老底厚度2.10 m ，灰白色粉砂岩~中砂岩，含石英颗粒，致密坚硬。顶板岩性如图1的119钻孔所示。

图1 二煤及顶板特征

3 矿压显现规律

如图2所示，上三采区上山东翼自上而下为3227、3229和32211工作面，三工作面间分别留有30m 和40m 的隔离煤柱。其中3227和3229面分别由南西向北东方向开采，其停采线与中央运上和中央轨上相邻，329火区，南西为8620

年10月16日3229，开采煤层为二21145m ，102架。运顺（下端型端头液压支架，

以亮煤为主

工作面靠上下端头各架设3架ZFG4800/18/32H 型放顶煤过渡液压支架，其余96架均为ZF4800/18/33型正四连杆低位放顶煤液压支架支护顶板。沿工作面倾斜方向布置5条测线，观测点分别安装在8#、48#、49#、50#、95#支架上，每架前后立柱安装圆

图仪测压表，观测液压支架初撑力和工作阻力。

根据圆图仪整理的数据，工作面顶板初次活动比较强烈的有2次，第一次在5月11日，工作面推进量为60m ，强度达35MPa ，第二次在10月12日，工作面推进量98m ，强度达41MPa 。而该工作面5月12日与10月17日两次在架前出现明火，说明第一次为老顶在60m 初次来压并断裂在煤壁前方，造成由二1煤采空区遗留火区在3229综放工作面老顶来压后，通过顶板裂隙引起瓦斯爆燃，继而引燃工作面煤壁前方的煤层。第二次为第一次周期来压，基本情况和第一次出现明火类似。根据实用矿山压力理论，老顶初次来压和上覆岩层裂断达到最上端（大致在推进到和工作面等长左右）是最有可能产生火灾的位置，而该工作面的两次火灾恰好在该位置发生。

3.2 32211工作面矿压观测及来压特征

32211工作面采用分层综采开采，从2007年6月开始顶分层开采，煤层厚度10.8~12.0m ，工作面倾斜长220m ，倾角8~12o

, 顶板管理为全部跨落法，煤层埋深如图3地表高程所示,埋深范围在170m~420m 左右。工作面使用支撑掩护式ZT12225-19.5/40型端头支架一组，ZZG6800-17/35过渡架，机头、机尾各3架，ZZ6800-17/35中间架

140架，共计148架。超前支护采用ZT18337-19.5/40超前支架6组。矿压观测分别在工作面上中下段布置3条测线，使用了圆图仪、YHY-60型矿用液压支架测力仪和KY-82型顶板动态仪观测支架工作阻力及顶板下沉量。

(1)初次来压

工作面在2007年6月3日，风巷推进42 m ，机巷推进55.8m 时，工作面老顶初次来压, 初次垮落步距中部约49 m 。来压期间，工作面煤壁片帮严重，液压支架压力普遍增高, 如图4(a)所示，到达40MPa 以上。

(2)周期来压

工作面前段推进过程中，上中下周期来压基本相同，推进到后段后(600m 以后)，三段周期来压明

显不同，周期来压步距一般18~25 m 左右，先中段，后上段(风巷侧)，再下段(巷侧)。

(3)工作面支护阻力分布及来压特征

沿工作面的矿压分布表现为中间大，两端小，如图4(b)所示，在2007年9月18日和2008年3月6日的两段时间内，中部压力持续有压力，工作面持续推进47m 后压力恢复正常。该两段时间恰好在地表高程明显增高处，而且第二次表现尤为明显。工作面推进到1000m 后很有可能出现类似情

况，由于该位置临近停采线位置，因此，需要加强

图3 3211工作面地表高程变化曲线图

（a ） 2007年6月观测数据

（b ） 2008年3月观测数据