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神东总工杨俊哲揭示8.8米超大采高矿压显现规律

2020-02-12   来源:煤炭科学技术   作者:杨俊哲 刘前进

  神东矿区自21世纪初期引入大采高综采技术以来,大采高综采工作面采高从4.5m,逐步发展到5.5、6.3、7.0、8.0m,工作面单产也屡创新高。2018年3月,神东上湾煤矿8.8m超大采高工作面成功投产,再次刷新大采高工作面一次采全高的世界纪录,工作面单产能力提升到了1600万t/a。


  随着开采强度增加,8.8m超大采高工作面矿压显现强烈。虽然在工作面投产之前科研人员已经做了一定理论性的研究,但对工作面矿压规律的实测研究还属于空白。


  12401综采工作面是上湾煤矿四盘区首采工作面,神东煤炭集团副总经理、总工杨俊哲对该工作面矿压显现规律进行了分析。


  12401工作面设备

  工作面基本顶初次来压期间支架压力分布


  监测数据显示,12401工作面8.8m 超大采高工作面直接顶初次垮落步距为22m,基本顶初次来压步距为45m左右。工作面周期来压步距平均为13.6m,周期来压动载系数平均为1.6,其中工作面中部动载系数平均达到1.65。 工作面周期来压具有来压步距短、持续时间长、来压区域性明显、动载矿压强烈、来压特征显著、宏观矿压显现强烈等特点。


  工作面液压支架型号为ZY26000/40/88D 型两柱掩护式液压支架。是目前国内工作阻力最大、支撑高度最高的综采液压支架,并配备大流量乳化液泵站,支架中心距为2.4m,采用三级护帮,端头支架过渡形式采用垂直过渡。


  工作面周期来压期间多出现支架安全阀开启现象,开启率为 3%~24%,平均为12%左右;支架活柱下缩明显,下缩量20~150mm,平均为40mm左右。 支架工作阻力主要分布在14000kN以上区间,比例为94.78%,支架工作阻力利用较充分,作阻力在26000kN以上的比例平均为3.6%,支架安全阀开启率在合理范围内,支架工作阻力区间分布合理。


  研究认为3大主要原因导致超大采高工作面矿压显现强烈:


  (1)8.8m超大采高工作面采出空间大,且开采强度高,导致顶板活动剧烈,是工作面来压期间矿压显现强烈的直接诱因。 


  (2)直接顶厚度薄,采空区充填不充分,基本顶(C2~C4组合关键层)难以形成稳定的铰接结构,顶板垮断前呈悬臂梁结构形式,且上覆基岩层以砂岩为主,强度高、脆性大,在发生破断前弯曲下沉量较小。因此,在工作面非来压期间支架无明显增阻,而当下位基本顶达到极限破断步距发生破断后,对工作面支架产生较大的冲击载荷,工作面来压显著。


  (3)浅埋煤层关键层结构简单(多呈单 一关键层或双关键层结构),根据12401工作面周期来压特点及覆岩结构分析,工作面顶板主要呈现单一关键层结构。关键层上方的软弱岩层和松散层的残余载荷直接作用在其上,导致关键岩层破断步距小,当层位较低的关键层破断后,引发上方岩层的整体性破断,使工作面来压强烈。


  这项研究得到了国家重点研发计划的资金支持,成果以《8.8m超大采高工作面矿压显现规律实测及机理分析》(点击查看)为题发表于《煤炭科学技术》2020年第1期。


  责任编辑:宫在芹

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