薄基岩厚表土沿空掘巷研究

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薄基岩厚表土沿空掘巷研究

作者:张泽林

来源:《现代商贸工业》2011年第17期

(山西潞安集团左权五里堠煤业有限公司,山西 左权 032600)

摘 要:对于薄基岩矿区沿空掘巷问题至今没有研究,对一定情况下,沿空掘巷的可能性进行初步探讨。

关键词:薄基岩;沿空掘巷

中图分类号:TB 文献标识码:A文章编号:1672-3198(2011)17-0332-02

通过对薄基岩厚表土综放工作面采动支承应力分布演化规律的研究,分析薄基岩厚表土综放开采条件下,松散破碎围岩巷道煤柱宽度的确定方法和沿空掘巷的可行性,减小煤柱留设,提高采区采出率。 1 地质条件

司马矿3号煤层厚5.47~7.80m,平均6.62m,采用综采放顶煤方法开采,采空区全部跨落法管理顶板,煤层上覆基岩厚度不足60m的煤层有5km2,例如1901孔基岩厚仅9.25m,2102孔基岩厚21.11m,19-1孔基岩厚26.49m,20-2孔基岩厚19.88m等。司马矿风化带裂隙发育、深度30~50m,受风化作用,薄基岩区域煤层松软、上覆岩层强度小、节理、裂隙发育、完整性差,煤层上方没有关键层,开采后上覆岩层难以形成稳定的砌体梁平衡结构。基岩上部有厚黏土层是第四系古河口沉积,导水性差与基岩不整合接触,其强度较大。 2 砌体梁条件下沿空掘巷

如图1、图2所示:工作面端头基本顶断裂后形成的弧形三角块结构的运动、稳定对沿空掘巷围岩稳定的影响。沿空掘巷一侧为未开采的实体煤、另一侧为上区段采空区,上区段工作面基本顶在实体煤侧为固支边,端头基本顶的垮落特征:在工作面端头部位的破断线呈弧形,形成弧形三角块B。

三角块的稳定与工作面采动支承压力、采深、煤层的力学性质、采高,工作面采动影响有关。

在三角块的保护下,结合合理的支护手段,沿空掘巷巷道在掘进期间、回采期间都不会发生剧烈变形,以至于不能使用。 3 薄基岩厚表土情况下沿空掘巷

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在基岩较薄情况下,由于基岩有可能不足以形成砌体梁结构,在这种情况下进行沿空掘巷可行性值得分析。

根据地质条件看,采用全部垮落法时,冒落带在基岩较薄处会覆盖整个基岩层,则不能够形成板壳破断。

根据1101工作面地质资料对顶板岩层运动规律进行分析。基岩的稳定性主要存在回转失稳与滑落失稳两种情况,如图3。 (1)回转失稳分析。

根据砌体梁“S-R”稳定性理论,周期来压时,顶板不发生回转变形失稳的条件是: h+h1≤tanΦi+sinθ12(1) 式中: ih/l—断裂距; sinθ1[M-(kp-1)]/l

l—周期来压步距,kp—碎涨系数,一般取1.3; h—承载岩层厚度; h1—承载岩层厚度; ρg—承载岩层厚度; σc—承载岩层抗压强度。

按照司马矿1101工作面面进行验算,取M6.5m,l12m。带入式中,则临街负载岩层厚度为72m。 (2)滑落失稳分析。 不发生滑落失稳的条件为 h+h1≤tanΦi+sinθ12(2) 式中:

,h9m,ρg25kN/m3,σc45MPa,

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tanΦi—岩块间摩擦因数,一般取0.3。

带入1101工作面相关参数的临界负载岩层厚度为6m。 按照M·普罗托吉雅可诺夫理论,自然平衡拱高为: HL/(2f)(3) 式中:

L—岩块间摩擦因数,一般取0.3; f—岩石坚固系数。

L≤2h(h为黏土层厚度)故黏土层在一定范围内能够形成自稳拱结构。同时根据相关文献的分析,当基岩厚度大于20m同黏土层总厚度大于60m时,黏土层和基岩共同作用,形成“复合承载体”结构,能够形成砌体梁结构。则顶板能够形成“O-X”破断,能够形成弧形三角块机构,在这种情况下,沿空掘巷是可以实现的。

司马煤矿1101首采面,采3号煤,平均厚6.5m,煤层倾角0°~20°,平均10°。工作面处于+666水平,标高+695~+780m,相应地表标高为+927~+994m。西为采区大巷,南、北均为未采区,东部为煤层风氧化带。走向长164m,倾斜长1400~1420m,平均1410m。总体地势东高西低,呈一西倾的单斜构造,底板局部起伏不平,地质构造相对简单。据东部切眼附近的20-2钻孔,煤层上方表土层厚186.21m、距基岩附近含有超过40m的黏土层,基岩厚仅19.88m,主要为岩性较弱的砂质泥岩和粉砂岩;而据邻近1102面胶带顺槽西端的221钻孔,煤层上方表土层厚150.50m,基岩厚达80.92m,说明工作面范围内基岩厚度变化较大,由西向东有明显的变薄趋势。工作面采用倾向长壁综放开采,采3m,放煤3.5m;基本支架型号ZFS6200-17/33,共109架。

现场开采试验的同时进行了矿压观测分析和支护质量监测。从切眼开始计算,观测期间机巷推进距为63.8m,风巷推进距为65.2m,经历了工作面初次来压(平均来压步距27.7m)和3次周期来压(平均来压步距13.9,11.8,12.8m),图12为工作面支架平均工作阻力与推进距关系曲线,8号、45号和90号支架分别代表工作面上部、中部和下部,从中可知工作面顶板来压的分布变化状态。

根据1101工作面回采所测支架工作阻力数据,见图4,初次来压时支架工作阻力最大值接近6000kN,周期来压时支架工作阻力最大值接近4000kN,换算成负载重分别为35m、26m,对应采高为5.3M、4M,其数值尚在(4~8)Mγ范围内,虽然司马矿基岩受风化作用影响顶板强度小、裂隙发育,但是其支架工作阻力并未出现超出其最大值,并未出现压架情况。 4 结论

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