东峡煤矿大倾角特厚易燃煤层群开采顶煤顶板移动规律研究报告

1项目成果报告东峡煤矿急倾斜特煤层走向长壁综采放顶煤开采技术研究华亭煤电股份公司东峡煤矿二00九年十一月2东峡煤矿大倾角特厚易燃煤层群开采顶煤、顶板移动规律研究项目成果报告华亭煤电股份公司东峡煤矿3目录项目验收申请报告………………………………………4项目研究报告……………………………………………6项目效益分析报告………………………………………31项目经济效益证明书……………………………………33项目参加人员名…………………………………………364东峡煤矿大倾角特厚易燃煤层群开采顶煤、顶板移动规律研究项目验收申请报告华亭煤电股份公司东峡煤矿5东峡煤矿大倾角特厚易燃煤层群开采顶煤、顶板移动规律研究项目验收申请报告集团公司：根据华亭煤业发（2009）176号文件《关于下达二零零九年科技计划的通知》精神，由我矿总结研究的《东峡煤矿大倾角特厚易燃煤层群开采顶煤、顶板移动规律研究》项目，现已完成。为了更好的总结应用范围和推广，创造更好的经济效益。特此申请对本项目进行验收。东峡煤矿二00九年十一月6东峡煤矿大倾角特厚易燃煤层群开采顶煤、顶板移动规律研究项目研究报告二〇〇九年十一月一日7东峡煤矿大倾角特厚易燃煤层群开采顶煤、顶板移动规律研究报告大倾角煤层主要是指倾角在25°～55°的煤层，由于采空区冒落矸石的自然安息角为35°，当煤层的倾角大于35°时，冒落矸石滑（滚）落形成采空区下部填满、上部悬空的不同于35°以下煤层的岩层移动规律；由于倾角大，底板稍有扰动，支护系统就很容易失去稳定，因此，大倾角煤层有它的特殊复杂性，属难采煤层。东峡煤矿煤层倾角在26°～47°之间，属大倾角煤层，自投产以来，先后采用木支柱、单体摩擦支柱、单体液压支柱支护炮采法，水平分段滑移支架放顶煤采煤法，倾斜分层悬移支架放顶煤采煤法等多种采煤方法，但由于受大倾角煤层开采条件的限制，产量一直徘徊在30～60万吨之间，严重制约了矿井的发展。多年来东峡煤矿一直致力于大倾角煤层综合机械化放顶煤开采技术的研究，自2004年进行大倾角综采放顶煤开采试验成功后，矿井年产量实现了翻番，成为了现代化高产高效矿井，取得了较好的经济效益。大倾角煤层多受较剧烈地质构造运动形成，煤层顶底板遭受破坏程度相对比缓倾斜煤层大，因而顶底板岩石的层理与原生裂隙较发育，较易冒落。由于大倾角煤层的特殊性，回采工作面的围岩控制方法的选择和支护设计等应遵循本身围岩运动规律和特点，才能保证安全生产和经济效益最大化。一、大倾角综放开采顶板岩层移动规律研究﹙一﹚根据矿压观测结果分析顶板岩层的移动规律1、矿压观测在37215-2工作面回采期间进行，工作面测区和测线8布置如图1所示，在工作面沿倾向的下、中、上部布置五个测区（Ⅰ测区、Ⅱ测区、Ⅲ测区、Ⅳ测区、Ⅴ测区），在每个测区内布置1～3条测线，其中：Ⅰ测区的测线布置在G1号过渡支架上；Ⅱ测区的两条测线分别布置在No23、No24号支架上；Ⅲ测区的三条测线分别布置在No35、No36和No37号支架上；Ⅳ测区的三条测线分别布置在No45、No46和No47号支架上；Ⅴ测区的两条测线分别布置在No60、No61号支架上。如图1所示。观测内容主要为顶板压力的变化情况，巷道矿压、采煤机、刮板运输机等生产设备工况、工作面生产工艺过程等。No61No60No45No46No47No23No24G137215-2回风顺槽37215-2运输顺槽37215-2工作面开切眼采空区No37No36No35图1工作面测区和测线布置2、通过观测所得的数据处理得到支架平均工作阻力变化特征曲线（见图2～12）。9020040060080010001200140006.11.0406.11.0606.11.0806.11.1006.11.1206.11.1406.11.1606.11.1806.11.2006.11.2206.11.2406.11.2606.11.2806.11.3006.12.0206.12.0406.12.06日期/yy.mm.dd工作阻力/kN图2测区Ⅰ、测线1支架G1平均工作阻力0200040006000800010000120001400006.10.2206.10.2406.10.2606.10.2806.10.3006.11.0106.11.0306.11.0506.11.0706.11.0906.11.1106.11.1306.11.1506.11.1706.11.1906.11.2106.11.2306.11.2506.11.2706.11.2906.12.0106.12.0306.12.0506.12.07日期/yy.mm.dd工作阻力/kN图3测区Ⅱ、测线2支架No23平均工作阻力10050010001500200025003000350006.09.2106.09.2406.09.2706.09.3006.10.0306.10.0606.10.0906.10.1206.10.1506.10.1806.10.2106.10.2406.10.2706.10.3006.11.0206.11.0506.11.0806.11.1106.11.14日期/yy.mm.dd工作阻力/kN图4测区Ⅱ、测线3支架No24平均工作阻力02004006008001000120014001600180006.09.2106.09.2406.09.2706.09.3006.10.0306.10.0606.10.0906.10.1206.10.1506.10.1806.10.2106.10.2406.10.2706.10.3006.11.0206.11.0506.11.0806.11.1106.11.14日期/yy.mm.dd工作阻力（kN）图5测区Ⅲ、测线4支架No35平均工作阻力11050010001500200025003000350006.09.2106.09.2406.09.2706.09.3006.10.0306.10.0606.10.0906.10.1206.10.1506.10.1806.10.2106.10.2406.10.2706.10.3006.11.0206.11.0506.11.0806.11.1106.11.14日期/yy.mm.dd工作阻力/kN图6测区Ⅲ、测线5支架No36平均工作阻力0500100015002000250006.09.2106.09.2406.09.2706.09.3006.10.0306.10.0606.10.0906.10.1206.10.1506.10.1806.10.2106.10.2406.10.2706.10.3006.11.0206.11.0506.11.0806.11.1106.11.14日期/yy.mm.dd工作阻力/kN图7测区Ⅲ、测线6支架No37平均工作阻力1205001000150020002500300006.09.2106.09.2406.09.2706.09.3006.10.0306.10.0606.10.0906.10.1206.10.1506.10.1806.10.2106.10.2406.10.2706.10.3006.11.0206.11.0506.11.0806.11.1106.11.14日期/yy.mm.dd工作阻力/kN图8测区Ⅳ、测线7支架No45平均工作阻力020040060080010001200140006.09.2106.09.2406.09.2706.09.3006.10.0306.10.0606.10.0906.10.1206.10.1506.10.1806.10.2106.10.2406.10.2706.10.3006.11.0206.11.0506.11.0806.11.1106.11.14日期/yy.mm.dd工作阻力/kN图9测区Ⅳ、测线8支架No46平均工作阻力130500100015002000250030003500400006.09.2106.09.2406.09.2706.09.3006.10.0306.10.0606.10.0906.10.1206.10.1506.10.1806.10.2106.10.2406.10.2706.10.3006.11.0206.11.0506.11.0806.11.1106.11.14日期/yy.mm.dd工作阻力/kN图10测区Ⅳ、测线9支架No47平均工作阻力05001000150020002500300035004000450006.09.2106.09.2406.09.2706.09.3006.10.0306.10.0606.10.0906.10.1206.10.1506.10.1806.10.2106.10.2406.10.2706.10.3006.11.0206.11.0506.11.0806.11.1106.11.14日期/yy.mm.dd工作阻力/kN图11测区Ⅴ、测线10支架No60平均工作阻力14020040060080010001200140006.09.2106.09.2406.09.2706.09.3006.10.0306.10.0606.10.0906.10.1206.10.1506.10.1806.10.2106.10.2406.10.2706.10.3006.11.0206.11.0506.11.0806.11.1106.11.1406.11.1706.11.2006.11.2306.11.2606.11.2906.12.0206.12.05日期/yy.mm.dd工作阻力/kN图12测区Ⅴ、测线11支架No61平均工作阻力3、工作面矿压显现规律及其分析﹙1﹚沿工作面推进方向矿山压力显现特征37215-2综合机械化放顶煤工作面沿走向（工作面推进方向）的矿山压力显现与—般倾角条件下的放顶煤类似，具有初次来压和周期性矿压显现，周期性矿压显现步距为7～12m，在周期性矿压显现期间，工作面支架的工作阻力较—般时期高22～102.5%。在来压时序上，沿工作面推进方向的矿压显现呈现“先中部”、“次上部”、“再下部”的基本特征。由于工作面顶部为采空区，所以周期性来压的强度较低且规律性不强。﹙2﹚沿工作面倾斜方向矿山压力显现特征37215-2综合机械化放顶煤工作面沿倾斜方向的矿压显现呈现明显的分区特征，在工作面下部区域（测区Ⅰ、Ⅱ），工作面支架受载15较为均衡，支架平均载荷水平较低，最大3074kN，最小1119kN，支架工作阻力的差异程度也较低；在工作面中部区域（测区Ⅲ)，支架载荷水平高于下部区域，支架平均载荷为1442kN，但总体来说，支架工作阻力的差异也不大；在工作面上部区域（测区Ⅳ、Ⅴ）支架平均载荷为1633kN，其载荷水平没有明显地高出中、下区域，但不同支架间的工作阻力差异较大。根据对工作面支架阻力的观测发现，工作面下部区域由于顶煤下滑堆积对工作面顶板的支撑作用，工作面支架阻力明显降低，同时，由于堆积煤体对顶板的支撑作用，使得采空区顶板悬伸长度增加，造成了工作面下部区域支架工作阻力利用率较高；工作面中部区域，垮落的顶煤局部充填采空区，对工作面顶板的移动和变形影响不大，但顶板垮落时能起到缓冲作用，减小顶板对工作面支架的冲击，对工作面支架的稳定起一定的作用，顶煤和顶板的悬伸长度小于工作面下部区域，因此，支架工作阻力利用率相对较低；工作面上部区域，采空区存在很大的空间，顶板距支架的距离较大，且顶板的跨度也较大，因此，工作面支架工作阻力利用率较高，当顶板垮落时，会对工作面支架有一定的冲击作用，因此，工作面上部区域支架的工作阻力变化幅度较大。4、“顶板—支架—底板”系统的稳定性﹙1﹚工作面支架受载的“不均衡性”在测区Ⅰ内：测线1（对应的支架为Gl）上，在整个观测过程中，支架前柱载荷一直小于后柱载荷，支架载荷的不均衡系数（前柱载荷16/后柱载荷）为0～0.89。在测区Ⅱ内：测线2（对应的支架为NO23）上，42.8％的支架前柱载荷大于后柱，支架载荷的不均衡系数（前柱载荷/后柱载荷）为0.87～1.36。在