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1 第 44 卷第 9 期 2016 年 煤炭科学技术 Coal Science and Technology 9月 Vol 44 No 9 Sep 2016 采矿与井巷工程 浅埋深综采工作面过集中煤柱压架机理分析 李浩荡1 2 张 彬3 4 5 1 神华集团有限责任公司 煤炭生产部 北京 100011 2 新疆维吾尔自治区党委全面深化改革领导小组办公室 新疆 乌鲁木齐 830000 3 中国矿业大学 北京 北京 100083 4 煤炭科学技术研究院有限公司 安全分院 北京 100013 5 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室 北京 100013 摘 要 针对我国西部矿区浅埋深近距离煤层过房柱采空区集中煤柱时压架事故频发的问题 以神东 矿区石圪台煤矿综采工作面为对象 采用理论分析和数值模拟的方法分析了压架机理 结果表明 受 集中煤柱支撑的上覆顶板较为完整 综采工作面进入集中煤柱前和在集中煤柱下 综采工作面顶板压 力基本正常 对支架影响不大 当综采工作面推过集中煤柱一段距离后 集中煤柱进入采空区 其状态 由弹塑性状态变为完全塑性状态 随下方岩层下沉 发生失稳破坏 并导致其上方顶板岩层的大面积 破坏下沉 基本顶无法形成稳定的 铰接岩梁 结构 发生瞬时断裂失稳 形成远大于支架工作阻力的 超大动载矿压 将下方综采工作面 80 的支架压死 因此 上方悬而未冒的基本顶的失稳切冒且无 法形成稳定结构成为大面积 瞬间压架的根本原因 关键词 集中煤柱 压架 浅埋深煤层 房柱采空区 中图分类号 TD323 文献标志码 A 文章编号 0253 2336 2016 09 0054 07 Analysis on powered support jammed mechanism of fully mechanized coal mining face in shallow depth mine pass through over concentrated coal pillar Li Haodang 1 2 Zhang Bin 3 4 5 1 Coal Production Department Shenhua Group Corporation Limited Beijing 100011 China 2 Office of Fully Deep Reform Leading Group Xinjiang Uygur Autonomous Region Committee of Communist Party of China Urumqi 830000 China 3 China University of Mining and Technology Beijing Beijing 100083 China 4 Safety Branch China Coal Research Institute Co Ltd Beijing 100013 China 5 State Key Laboratory of Coal Mining and Clean Utilization Beijing 100013 China Abstract According to the powered support jammed accident frequently occurred when the concentrated coal pillars were in the goaf of the room and pillar mining in the shallow depth and close distance seam in China western mining area based on the fully mechanized coal mining face in Shigetai Mine of Shendong Mining Area as the object the theoretical analysis and the numerical simulation method were ap plied to analyze the powered support jammed mechanism The results showed that with the support of the concentrated room and pillar min ing type coal pillars the top seam roof were completed Before the fully mechanized coal mining face was under the area of the top seam concentrated coal pillars and when the coal mining face was under the area of the top seam concentrated coal pillar area the roof pressure of the fully mechanized coal mining face was normal basically and was less affected to the powered supports When the fully mechanized coal face was pushed forward and passed through certain distance under the concentrated pillar area the goaf of the fully mechanized min ing face was under the concentrated coal pillar area and the roof status would be changed from the elastic plastic status to the full plastic status With the subsidence of the under burden rock the rock instability and failure were occurred and the large area failure and subsid ence of the top roof strata were occurred The basic roof could not form a stable articulated rock beam structure When the basic roof was broken and instability transiently occurred a super dynamic mine pressure far higher than the working resistance of the powered support 收稿日期 2016 03 20 责任编辑 杨正凯 DOI 10 13199 j cnki cst 2016 09 010 基金项目 国家科技重大专项资助项目 2011ZX05040 国家自然科学基金资助项目 51404139 作者简介 李浩荡 1981 男 河北邢台人 高级工程师 硕士 E mail lhdceo 126 com 引用格式 李浩荡 张 彬 浅埋深综采工作面过集中煤柱压架机理分析 J 煤炭科学技术 2016 44 9 54 60 82 Li Haodang Zhang Bin Analysis on powered support jammed mechanism of fully mechanized coal mining face in shallow depth mine pass through 54 over concentrated coal pillar J Coal Science and Technology 2016 44 9 54 60 82

2 2016 年第 9 期 李浩荡等 浅埋深综采工作面过集中煤柱压架机理分析 was formed and jammed the 80 of the powered supports applied in the fully mechanized coal mining face Therefore the top suspended and yet not fallen basic roof with the instability and roof cutting could not form a stable structure and would be the root causes of the large area powered supports jammed transiently Key words concentrated coal pillars powered support jammed shallow depth seam goaf of room and pillar mining 0 引 言 随着陕西 内蒙古等西部矿区大规模开采 以浅 埋深 近水平 近距离煤层群开采为特征的煤矿出现 因集中煤柱产生的动载矿压 严重制约煤矿的安全 高效生产 也成为煤炭科学界研究的重要课题 针 对浅埋深煤层不同的开采条件 文献 1 4 发现浅 埋深煤层长壁开采的顶板不能在整个开采过程中一 直存在稳定的承压拱 直接顶岩层分层垮落形成松 1 工程概况 1 1 石圪台煤矿压架事故 2013 年 12 月 16 日夜班 神东煤炭集团石圪台 煤矿 31201 综采工作面发生了一起动载矿压压架事 故 20 s 内 第 22 142 号 支 架 立 柱 行 程 由 原 来 的 1 3 1 5 m 下缩到 0 共有 121 架支架被压死 压架 时的现场情况如图 1 所示 散块体难以充满采空区 基本顶不能形成铰结结构 周期来压前顶板的断裂位置一般超前工作面 浅埋 深多煤层开采条件下的覆岩运动相对深部开采具有 特殊性 围绕工作面形成动载矿压机理 文献 5 6 对房柱采空区下近距离煤层顶板提出了非连续均载 作用下的砌体结构承载运动特征模型 引用建筑结 构无梁楼盖的计算方法 提出某一煤柱破坏后 载荷 转移引起相邻煤柱破坏 文献 7 11 提出工作面周 期来压的不等距和来压强度的不等强性是长壁采场 支架失稳的主要原因 研究浅埋深近距离房柱采空 区下长壁开采工作面顶板垮落特征 致灾机理和控 制技术 文献 12 15 研究表明工作面出煤柱阶段 煤柱上方两关键块体形成的三铰式结构是不稳定 的 两关键块会随下部岩层的下移而发生相对旋转 运动 最终导致下煤层关键层断裂块上覆载荷过大 而失稳 通过减小煤柱上方关键块体的回转空间 图 1 压架时的现场情况 Fig 1 Condition about support crushing 压架后 工作面两端头支架完好 回风巷氧气体 积 分 数 最 低 为 14 支 架 向 工 作 面 煤 壁 方 向 移 动 0 2 0 4 m 地表塌陷范围为工作面前方 53 m 范围和 工作面后方 31 m 范围 倾向长 300 m 塌陷深 0 7 m 1 2 工作面开采条件 31201 综采工作面为 3 1 煤层二盘区首采工作 面 倾向长 311 m 走向长 1 865 m 煤层倾角 1 3 压架位置工作面埋深 138 m 煤层平均厚度为 4 18 降低采高以及提高支护质量等措施防治压架事故 m 采高 4 1 m 工作面液压支架采用大阻力 高强度 为采场上覆采空区及集中煤柱受采动影响导致应 MPa 煤 层 顶 板 从 下 往 上 依 次 为 直 接 顶 为 厚 度 的发生 针对石圪 台 煤 矿 压 架 事 故 文 献 16 认 力集 中 是 动 载 矿 压 事 故 发 生 的 基 本 原 因 文 献 17 20 通过多种手段证明出工作面在出集中煤 柱时必然失 稳 揭 示 动 载 矿 压 大 于 支 架 工 作 阻 力 的压架机理 基于此 笔者以石圪台煤矿 31201 工作面 121 架液压支架 瞬 时 被 压 死 的 事 故 为 例 对 浅 埋 深 综 采工作面对过上方房柱采空区集中煤柱段覆岩运 动规律进行分析 提出覆岩结构运动及模型 进行 现场观测验证 得出压架机理 以期保证工作面安 全回采 的液压支架 工作阻力为 18 000 kn 支护强度 1 52 3 6 5 3 m 的细砂岩 基本顶为厚度 12 35 m 的砂 岩 平均厚 4 74 m 的 2 2 煤层 2 2 煤层顶板为 14 43 m 的细粒砂岩 2 2 煤层顶板上部分别为 74 9 m 厚的中 细 粉粒相间的砂岩和 5 14 m 松散层 31201 综采工作面与上部 2 2 煤层间距为 33 41 m 2 2 煤层埋深为 67 101 m 为房柱采空区 煤 房宽度 5 6 m 煤房间煤柱宽为 6 7 m 每一区段留 有 14 51 m 不等的集中煤柱 工作面发生压架时 已推进 773 m 推过 2 2 煤层上覆集中煤柱 20 5 m 集中煤柱距 3 1 煤层 41 m 31201 工作面与集中煤柱 55

3 2016 年第 9 期 煤炭科学技术 第 44 卷 时 不但 3 1 煤层工作面后方覆岩破坏完全沟通 2 2煤层采空区 而且工作面前上方覆岩破坏区也 位置关系如图 2 所示 与2 2煤层采空区完全沟通 并向上发展到地表 图 2 31201 工作面与集中煤柱位置关系 Fig 2 Relative position between concentrated coal pillar and No 31201 working face 2 数值模拟分析 2 1 模型参数选取 为了进一步研究 31201 综采工作面过房柱式采 空区集中煤柱后产生动载矿压规律 以及压架机理 利用 3DEC 数值模拟软件进行塑性区和垂直应力分 布模拟 根据过集中煤柱实际开采条件建立模型 模型长 300 m 高 160 m 其中集中煤柱宽 50 m 煤 房和煤柱宽均为 5 m 采用摩尔 库仑本构模型进 行计算 模型中煤岩物理力学参数见表 1 表 1 煤岩物理力学参数 Table 1 Physical and mechanical parameters of coal and rock 煤岩层 密度 体积模 剪切模 黏聚力 kg m 3 量 GPa 量 GPa MPa 抗拉强 内摩擦 度 MPa 角 顶板砂岩 2 576 5 74 6 28 77 20 4 79 33 2 2 煤 1 420 1 35 1 32 3 84 1 14 28 煤间砂 2 876 9 95 6 48 45 90 6 83 40 8 65 33 70 岩互层 3 1 煤 底板砂岩 1 330 2 436 1 47 4 21 1 51 2 63 1 22 5 58 25 35 2 2 集中煤柱及覆岩塑性破坏情况 工作面推进过程中的围岩塑性区分布如图 3 所 示 图 3a 中 2 2 煤层房式开挖后 只在小煤柱中出 现部分剪切破坏 顶板保持完整 说明房柱式开采对 覆岩的扰动小 图 3b 中 开挖 3 1 煤层水平距上 覆集中煤柱 10 m 时 3 1 煤层顶板破坏已开始向上 发展 但还未完全与 2 2 煤层采空区煤柱沟通 图 3c 中 当 3 1 煤层长壁工作面开采到集中煤柱下方 时 由于受到 3 1 煤层覆岩整体下沉影响 2 2 煤层 上方覆岩破坏继续发展 并影响到地表 在下沉盆地 中央出现压剪破坏 在盆地边缘开始出现拉伸破坏 图 3d 中 当 3 1 煤层长壁工作面出集中煤柱 20 m 56 图 3 工作面推进过程中的围岩塑性区分布 Fig 3 Srounding rock mass plastic zone during face advancing 2 3 覆岩垂直位移变化情况 工作面推进过程中的覆岩垂直位移如图 4 所 示 图 4a 中 2 2 煤层房柱式开采后 因留设煤柱对 顶板进行支撑 顶板垂直位移较小 如图 4b 和图 4c 所示 3 1 煤层工作面推进集中煤柱前和位于集 中煤柱正下方区域时 工作面上方覆岩基本保持连 续变形形态 而当 3 1 煤层工作面出集中煤柱后 如图 4d 所示 由于开采区域的扩大以及 3 1 煤层 上方覆岩位移传递受到常规小煤柱与煤房交替存在 的影响 出现明显的不连续位移形态 小煤柱上方覆 岩移动范围超前 3 1 工作面上方覆岩移动范围大 约 20 m 受到软件本身的限制 2 2 煤层小煤柱完全破 坏失稳后产生的崩塌和随之而来上方覆岩的垮落并

4 2016 年第 9 期 李浩荡等 浅埋深综采工作面过集中煤柱压架机理分析 3 压架机理分析 浅埋深条件下的综采工作面顶板冒落仅有 两 带 基本顶无法形成铰接结构 且超前工作面断裂 并导通地表 31201 工作面在房柱采空区正常段下 回采时 上方 2 2 煤层小煤柱随 3 1 煤层顶板运动 发生破坏 引起 2 2 煤层覆岩运动呈现正常的断 裂 冒落和地表塌陷 当回采至集中煤柱附近时顶板 运动开始产生异常 基于数值模拟分析结果提出覆 岩结构运动及模型 如图 5 所示 图 4 工作面推进过程中垂直位移 图 5 工作面过集中煤柱期间上覆岩层运动模型 Fig 4 Vertical displacement during face advancing Fig 5 Overlying strata moving model while face mining 不能模拟 出 来 但 根 据 数 值 模 拟 结 果 可 知 因 下 方工作面开采对 2 2 煤层煤柱影响 导致煤 柱 底 由图 5a 可知 31201 工作面进入上方 2 2 煤 层集中煤柱前 2 2 煤层小煤柱因集中煤柱对顶板 板岩石下沉 离层 煤柱在原来剪切破坏的基础上 进一步破坏 发 展 并 出 现 拉 伸 破 坏 煤 柱 稳 定 性 逐 渐降低 当 3 1 煤层工作面前方顶板塑性破坏区 与上覆 2 2 煤层房柱采空区中煤柱及其覆岩破坏 区沟通 且 此 时 覆 岩 开 始 出 现 不 连 续 位 移 由 此 out of concentrated coal pillar 的支撑 无法及时超前破环 但已开始受采动的影 响 略有下 沉 煤 柱 逐 渐 受 力 但 顶 板 基 本 处 于 完 整状态 由 5b 可知 31201 工作面推进至集中煤柱下方 时 2 2 煤层小煤柱和集中煤柱受力逐渐增加 并开 推断此时小 煤 柱 可 能 出 现 整 体 失 稳 导 致 覆 岩 的 始发生剪切破坏 部分煤柱失稳 由于受集中煤柱支 不连续移动 波 及 到 地 表 工 作 面 上 方 覆 岩 发 生 整 撑影响 基本顶无破断冒落 仅表现为顶板下沉量逐 体切落 工作面压架 渐增加 弹性能急剧积聚 57

5 2016 年 第 9 期 煤 炭 科 学 技 术 第 44 卷 由 5c 可 知,31201 工 作 面 出 集 中 煤 柱 后, 集 中 煤 柱 后 方 常 规 小 煤 柱 完 全 破 坏, 集 中 煤 柱 随 着 3-1 煤 层 顶 板 冒 落 运 动 受 较 大 的 应 力 迅 速 位 移 破 坏, 其 前 方 常 规 小 煤 柱 因 多 米 诺 骨 牌 效 应 连 续 反 应 的 影 响 也 发 生 破 坏, 集 中 煤 柱 前 后 2-2 煤 层 顶 板 下 沉 量 增 大, 受 力 急 剧 增 加, 并 随 工 作 面 顶 板 周 期 来 压 超 前 工 作 面 破 断 运 动, 发 生 大 面 积 下 沉 切 冒, 动 载 矿 压 大 于 支 架 工 作 阻 力, 支 架 压 死 通 过 上 述 分 析 可 知, 形 成 动 载 矿 压 的 机 理 为, 随 工 作 面 的 推 进, 超 前 工 作 面 覆 岩 运 动 受 房 柱 式 采 空 区 遗 留 小 煤 柱 状 态 的 影 响 ; 当 工 作 面 推 过 集 中 煤 柱 后, 常 规 小 煤 柱 受 多 米 诺 骨 牌 效 应 的 影 响 破 坏, 上 覆 岩 层 超 前 破 断 并 发 生 大 面 积 失 稳 ; 由 于 失 稳 面 积 大,2-2 煤 层 基 本 顶 岩 层 的 铰 接 岩 梁 形 成 的 结 构 并 不 能 实 现 自 身 结 构 的 平 衡 因 此, 在 工 作 面 推 过 集 中 煤 柱 后, 覆 岩 的 大 面 积 运 动 是 造 成 工 作 面 支 架 被 压 死 压 坏 的 根 本 原 因 工 作 面 进 煤 柱 在 煤 柱 下 和 出 煤 柱 时 的 周 期 来 压 数 据 表 明 :3-1 煤 层 顶 板 周 期 来 压 紊 乱, 具 有 局 部 性 和 分 散 性, 来 压 时 工 作 面 中 部 显 现 强 烈, 来 压 步 距 不 等, 平 均 步 距 13 2 m, 支 架 压 力 峰 值 47 1 MPa, 安 全 阀 平 均 开 启 率 为 10% 综 采 工 作 面 发 生 动 载 矿 压 压 架 时 应 为 综 采 工 作 面 的 第 59 次 周 期 来 压, 来 压 步 距 较 长, 达 21 m, 压 力 稳 定 后 观 察 发 现 压 力 表 已 损 坏, 瞬 间 最 大 值 80 MPa, 远 超 过 正 常 周 期 来 压 时 的 压 力 峰 值 4 2 地 表 钻 孔 多 点 位 移 监 测 为 研 究 该 工 作 面 顶 板 运 动 规 律 及 2-2 煤 层 采 空 区 顶 板 的 运 动 规 律, 在 工 作 面 前 集 中 煤 柱 前 后 布 设 钻 孔 多 点 位 移 传 感 器 监 测 2-2 煤 层 顶 板 在 该 集 中 煤 柱 两 侧 间 隔 30 m, 布 置 4 个 钻 孔, 每 个 钻 孔 8 个 测 点, 如 图 6 所 示 对 地 表 位 移 计 安 装 孔 S1 S3 进 行 电 视 窥 视, 得 出 集 中 煤 柱 前 后 2-2 煤 层 房 柱 采 空 区 顶 板 较 为 完 整, 无 破 坏 裂 隙 4 现 场 观 测 石 圪 台 煤 矿 浅 埋 深 房 柱 采 空 区 下 开 采 的 特 点, 决 定 了 综 采 工 作 面 过 集 中 煤 柱 的 顶 板 运 动 和 矿 压 显 现 的 特 殊 性 压 架 发 生 后, 现 场 采 用 多 种 监 测 手 段 对 2-2 煤 层 3-1 煤 层 顶 板 活 动 规 律 进 行 监 测 分 析, 现 根 据 过 集 中 煤 柱 的 监 测 数 据 进 行 类 比 分 析 研 究 验 证 4 1 工 作 面 周 期 来 压 情 况 综 采 工 作 面 进 集 中 煤 柱 前 30 8 m 到 出 集 中 煤 柱 范 围 内 周 期 来 压 为 工 作 面 的 第 次 周 期 来 压, 具 体 数 据 见 表 1 表 1 周 期 来 压 数 据 统 计 Table 1 Periodic weighting statistics 来 压 顺 序 来 压 步 压 力 峰 来 压 刀 数 无 压 刀 数 距 / m 值 / MPa S1 S4 为 钻 孔 编 号 ;A1 A8 为 测 点 编 号 图 6 地 表 钻 孔 多 点 位 移 计 布 置 Fig 6 Surface multi-point extensometers arranged 当 综 采 工 作 面 推 过 4 个 观 测 孔 后, 钻 孔 位 移 计 监 测 和 地 表 岩 移 观 测 数 据 显 示 :S1 孔 受 集 中 煤 柱 影 响 较 小, 基 本 与 正 常 段 运 动 一 致, 随 工 作 面 顶 板 移 动 而 发 生 位 移, 最 大 位 移 389 mm, 对 应 地 表 下 沉 量 为 mm, 实 际 位 移 mm;s2 S3 S4 孔 受 煤 柱 影 响 较 大, 即 使 对 煤 柱 实 施 了 爆 破, 工 作 面 从 邻 近 煤 柱 进 入 煤 柱 到 推 出 煤 柱, 测 点 位 移 滞 后 缓 慢, 位 移 最 大 量 268 mm, 推 出 煤 柱 及 S4 孔 后 位 移 量 增 大 至 511 mm, 对 应 地 表 最 大 下 沉 量 为 mm, 实 际 测 点 下 沉 量 为 mm 因 此 可 以 认 为, 集 中 煤 柱 上 煤 层 房 柱 采 空 区 顶 板 未 破 坏 发 生 断 裂 冒 落 工 作 面 在 无 集 中 煤 柱 的 正 常 段 回 采,2-2 煤 层 顶 板 滞 后 于 3-1 煤 层 顶 板 运 动 ; 在 进 集 中 煤 柱 前 回 采 时, 由 于 集 中 煤 柱 对 2-2 煤 层 顶 板 的 支 撑,3-1 煤 层 顶 板 运 动 对 2-2 煤

6 李 浩 荡 等 : 浅 埋 深 综 采 工 作 面 过 集 中 煤 柱 压 架 机 理 分 析 2016 年 第 9 期 层 顶 板 影 响 迟 缓, 当 推 过 煤 柱 一 定 距 离 后,2-2 煤 层 顶 板 快 速 下 沉 运 动, 直 接 波 及 到 地 表 5 防 治 措 施 综 合 以 上 分 析 结 果,31201 工 作 面 进 集 中 煤 柱 前 和 在 集 中 煤 柱 下 方 时, 集 中 煤 柱 前 后 2-2 煤 层 上 覆 顶 板 较 为 完 整, 随 着 工 作 面 推 过 2-2 煤 层 集 中 煤 柱,3-1 煤 层 顶 板 的 周 期 破 断 运 动 破 坏 了 2-2 煤 层 集 中 煤 柱, 致 其 直 接 顶 板 冒 落 ; 当 综 采 工 作 面 推 过 煤 柱 后, 集 中 煤 柱 完 全 破 坏, 并 波 及 破 坏 工 作 面 前 方 房 柱 采 空 区 常 规 小 煤 柱, 扩 大 上 覆 2-2 煤 层 顶 板 的 冒 落 范 围, 基 本 顶 受 力 大 幅 增 加, 当 工 作 面 推 出 集 中 煤 柱 20 5 m 后,2-2 煤 层 悬 顶 达 到 了 破 断 载 荷 极 限, 随 着 3-1 煤 层 顶 板 的 周 期 来 压 发 生 大 面 积 的 失 稳 切 冒, 且 2-2 煤 层 顶 板 超 前 下 沉 冒 落, 无 法 短 时 间 内 形 成 稳 定 的 砌 体 梁 绞 接 结 构, 并 向 上 直 接 冒 落 至 地 表 超 大 的 动 载 引 起 综 采 工 作 面 121 架 液 压 支 架 瞬 间 压 死,2-2 煤 层 集 中 煤 柱 上 方 悬 而 未 冒 的 基 本 顶 的 失 稳 切 冒 成 为 大 面 积 瞬 间 压 架 的 根 本 原 因 故 提 前 破 坏 集 中 煤 柱 处 理 煤 柱 上 方 大 面 积 的 悬 顶 预 警 等 压 是 防 治 动 压 压 架 的 有 效 措 施 6 微 震 监 测 及 防 治 效 果 检 验 为 掌 握 2-2 煤 3-1 煤 顶 板 的 运 动 规 律 预 测 过 集 中 煤 柱 期 间 的 动 载 矿 压, 在 现 场 采 用 了 煤 炭 科 学 技 术 研 究 院 有 限 公 司 自 主 研 发 的 KJ768 自 震 式 微 震 监 测 系 统 对 上 覆 岩 层 破 坏 进 行 了 监 测, 以 获 取 微 震 事 件 空 间 分 布 及 微 震 事 件 能 量 和 频 次 的 变 化 规 律 为 避 免 动 载 矿 压 的 发 生, 对 集 中 煤 柱 采 取 爆 破 措 施, 微 震 监 测 系 统 监 测 所 得 的 爆 破 后 微 震 事 件 情 况 如 图 7 所 示 从 图 7 可 以 看 出, 爆 破 前 8 h, 工 作 面 覆 岩 能 量 得 到 初 步 释 放, 爆 破 后 8 ~ 32 h, 上 覆 岩 层 破 坏 过 程 中 能 量 集 中 释 放, 这 说 明 爆 破 诱 发 顶 板 及 上 部 煤 柱 破 坏, 进 而 导 致 2-2 煤 层 基 本 顶 破 坏 工 作 面 过 已 爆 破 的 2-2 煤 集 中 煤 柱 期 间,2-2 煤 层 顶 板 微 震 事 件 分 布 如 图 8 所 示, 可 以 看 出, 集 中 煤 柱 经 爆 破 处 理 后, 煤 柱 覆 岩 已 提 前 破 坏 且 破 坏 充 分 现 场 监 测 发 现, 工 作 面 过 已 爆 破 的 集 中 煤 柱 时, 工 作 面 矿 压 显 现 范 围 较 小, 主 要 集 中 在 工 作 面 中 部, 周 期 来 压 步 距 为 10 ~ 12 m, 与 正 常 回 采 期 间 周 期 来 压 步 距 相 近 以 上 监 测 结 果 说 明, 采 取 爆 破 上 覆 房 图 7 集 中 煤 柱 爆 破 后 微 震 事 件 发 生 情 况 Fig 7 The microseism incidents happened between and after the concentrated coal pillar blasted 柱 采 空 区 集 中 煤 柱 措 施 对 控 制 工 作 面 过 集 中 煤 柱 期 间 的 压 架 问 题 是 有 效 的 图 8 过 已 爆 破 的 集 中 煤 柱 期 间 微 震 事 件 分 布 Fig 8 Microseism incidents distribution during pass throngh the concentrated coal pillar blasted 7 结 论 1) 获 得 了 在 石 圪 台 煤 矿 房 柱 采 空 区 下 综 采 工 作 面 过 上 方 集 中 煤 柱 时 顶 板 的 运 动 规 律 在 集 中 煤 柱 前 后,31201 工 作 面 顶 板 运 动 对 2-2 煤 层 顶 板 运 动 的 影 响 较 小 工 作 面 推 出 集 中 煤 柱 一 个 周 期 来 压 的 距 离 是 上 覆 基 岩 破 断 位 置, 易 发 生 基 本 顶 的 切 冒 引 起 动 载 矿 压 59

7 2016 年 第 9 期 煤 炭 科 学 技 术 第 44 卷 2) 得 出 浅 埋 深 房 柱 采 空 区 下 综 采 工 作 面 过 上 方 集 中 煤 柱 时 动 载 压 架 机 理 因 集 中 煤 柱 对 顶 板 支 撑, 导 致 后 方 常 规 小 煤 柱 破 环 缓 慢 前 方 小 煤 柱 随 集 中 煤 柱 破 坏 超 前 连 锁 破 坏 ; 当 集 中 煤 柱 破 坏 后, 其 支 撑 的 2-2 煤 层 基 本 顶 同 时 失 稳 冒 落, 因 来 压 较 快 面 积 较 大, 短 时 间 难 以 形 成 铰 接 岩 梁 自 身 结 构 的 平 衡, 造 成 工 作 面 支 架 被 压 死 超 前 处 理 集 中 煤 柱 及 支 撑 顶 板 可 有 效 防 治 动 载 矿 压 3) 房 式 开 采 遗 留 的 集 中 煤 柱 产 生 的 集 中 应 力 与 大 埋 深 长 壁 开 采 遗 留 集 中 煤 柱 产 生 集 中 应 力 差 别 较 大, 其 远 小 于 长 壁 开 采 集 中 煤 柱 产 生 的 集 中 应 力, 故 因 集 中 煤 柱 产 生 的 集 中 应 力 这 种 静 压 不 是 压 架 的 主 要 原 因 集 中 煤 柱 对 综 采 工 作 面 开 采 的 影 响 大 小 需 要 进 一 步 研 究 和 验 证 参 考 文 献 (References): [1] 付 玉 平, 宋 选 民, 邢 平 伟, 等. 浅 埋 厚 煤 层 大 采 高 工 作 面 顶 板 岩 层 断 裂 演 化 规 律 的 模 拟 研 究 [J]. 煤 炭 学 报,2012,37(3): Fu Yuping,Song Xuanmin,Xing Pingwei,et al.study on simulation of caving and evolution law of roof strata of large mining height workface in shallow thick coal seam[j].journal of China Coal So ciety,2012,37(3): [2] 付 玉 平, 宋 选 民, 邢 平 伟. 浅 埋 煤 层 大 采 高 超 长 工 作 面 垮 落 带 高 度 的 研 究 [J]. 采 矿 与 安 全 工 程 学 报,2010,27(2): Fu Yuping, Song Xuanmin, Xing Pingwei. Study of the mining height of caving zone in large mining height and super-long face of shallow seam[ J].Journal of Mining & Safety Engieering, 2010,27 (2): [3] 任 艳 芳, 齐 庆 新. 浅 埋 煤 层 长 壁 开 采 围 岩 应 力 场 特 征 研 究 [ J]. 煤 炭 学 报,2011,36(10): Ren Yanfang,Qi Qingxin. Study on characteristic of stress field in surrounding rocks of shallow coalface under long wall mining[ J]. Journal of China Coal Society, 2011,36(10): [4] 任 艳 芳, 宁 宇, 齐 庆 新. 浅 埋 深 长 壁 工 作 面 覆 岩 破 断 特 征 相 似 模 拟 [J]. 煤 炭 学 报,2013,38(1): Ren Yanfang, Ning Yu,Qi Qingxin.Physical analogous simulation on the characteristics of overburden breakage at shallow longwall coalface[ J].Journal of China Coal Society, 2013,38(1): [5] 杨 敬 轩, 刘 长 友, 杨 宇, 等. 浅 埋 近 距 离 煤 层 房 柱 采 空 区 下 顶 板 承 载 及 房 柱 尺 寸 [ J]. 中 国 矿 业 大 学 学 报, 2013, 42 ( 2): Yang Jingxuan, Liu Changyou, Yang Yu, et al. Study of bearing mechanism of the coal roof and the dimension selection of the room and pillar in the shallow and close distance coal seam[ J].Journal of China University of Mining & Technology,2013,42( 2): [6] 孟 达, 王 家 臣. 房 柱 式 开 采 上 覆 岩 层 破 坏 与 垮 落 机 理 [ J]. 煤 60 炭 学 报,2007,32(6): Meng Da,Wang Jiachen. Mechanism on the failure and caving of roof strata in pillar and house mining[j].journal of China Coal So ciety,2007,32(6): [7] 解 兴 智. 房 柱 式 采 空 区 下 长 壁 工 作 面 覆 岩 宏 观 变 形 特 征 研 究 [J]. 煤 炭 科 学 技 术,2012,40(4): Xie Xingzhi. Study on micro deformation features of overburden strata above longwall coal mining face under goaf of room and pillar mining[ J].Coal Science and Technology, 2012,40(4): [8] 解 兴 智. 浅 埋 煤 层 房 柱 式 采 空 区 下 长 壁 开 采 矿 压 显 现 特 征 [ J]. 煤 炭 学 报,2012,37(6): Xie Xingzhi.Study on the characteristic of strata behavior in shallow seam longwall mining under the room-and-pillar mining goaf[ J]. Journal of China Coal Society, 2012,37(6): [9] 屠 世 浩, 窦 凤 金, 万 志 军, 等. 浅 埋 房 柱 式 采 空 区 下 近 距 离 煤 层 综 采 顶 板 控 制 技 术 [J]. 煤 炭 学 报,2011,36(3): Tu Shihao,Dou Fengjin, Wan Zhijun, et al.strata control technol ogy of the fully mechanized face in shallow coal seam close to the above room- and - pillar gob [ J]. Journal of China Coal Society, 2011,36(3): [10] 王 方 田. 浅 埋 房 柱 采 空 区 下 近 距 离 煤 层 长 壁 开 采 覆 岩 运 动 规 律 及 控 制 [D]. 徐 州 : 中 国 矿 业 大 学,2012. [11] 杨 真, 童 兵, 黄 成 成, 等. 近 距 离 房 柱 采 空 区 下 长 壁 采 场 顶 板 垮 落 特 征 研 究 [ J]. 采 矿 与 安 全 工 程 学 报,2012,29 ( 2): Yang Zhen,Tong Bing,Huang Chengcheng,et al.study of caving and fracturing over a longwall panel beneath a goaf mined by room and pillar[ J]. Journal of Mining & Safety Engieering, 2012,29 (2): [12] 鞠 金 峰, 许 家 林, 朱 卫 兵, 等. 近 距 离 煤 层 工 作 面 出 倾 向 煤 柱 动 载 矿 压 机 理 研 究 [J]. 煤 炭 学 报,2010,35(1): Ju Jinfeng, Xu Jialin, Zhu Weibing, et al. Mechanism of strong strata behaviors during the working face out of the upper dip coal pillar in contiguous seams [ J]. Journal of China Coal Society, 2010,35(1): [13] 鞠 金 峰, 许 家 林. 浅 埋 近 距 离 煤 层 出 煤 柱 开 采 压 架 防 治 对 策 [J]. 采 矿 与 安 全 工 程 学 报,2013,30(3): Ju Jinfeng, Xu Jialin. Prevention measures for support crushing while mining out the upper coal pillar in close distance shallow seams[ J].Journal of Mining & Safety Engieering, 2013,30( 3): [14] 鞠 金 峰, 许 家 林, 朱 卫 兵, 等. 浅 埋 近 距 离 一 侧 采 空 煤 柱 下 切 眼 位 置 对 推 出 煤 柱 压 架 灾 害 的 影 响 规 律 [ J]. 岩 石 力 学 与 工 程 学 报,2014,33(10): Ju Jinfeng,Xu Jialin,Zhu Weibing, et al. Influence of cut - hole position on support crushing during mining out coal pillar at the side of upper goaf in close distance of shallow seams[j].chinese journal of rock mechanics and engineering, 2014,33(10): [15] 鞠 金 峰, 许 家 林, 朱 卫 兵, 等. 大 柳 塔 煤 矿 综 采 工 作 面 压 ( 下 转 第 82 页 )

8 2016 年 第 9 期 煤 炭 科 学 技 术 第 44 卷 [12] 左 金 忠, 许 义, 孙 晓 明, 等. 信 息 动 态 反 馈 法 在 锚 杆 支 护 设 计 [16] 柏 建 彪, 李 文 峰, 王 襄 禹, 等. 采 动 巷 道 底 鼓 机 理 与 控 制 技 术 中 的 应 用 [J]. 煤 炭 科 学 技 术,2007,35(5): Zuo Jinzhong,Xu Yi,Sun Xiaoming,et al.application of informa tion dynamic feedback method to bolt support design [ J]. Coal Science and Technology,2007,35(5): [J]. 采 矿 与 安 全 工 程 学 报,2011,28(1):1-5. Bai Jianbiao, Li Wenfeng, Wang Xiangyu, et al. Mechanism of floor heave and control technology of roadway induced by mining [ J].Journal of Mining & Safety Engineering,2011,28(1):1-5. [13] 张 农, 袁 亮. 离 层 破 碎 型 煤 巷 顶 板 的 控 制 原 理 [ J]. 采 矿 与 [17] 李 为 腾, 李 术 才, 玄 超, 等. 高 应 力 软 岩 巷 道 支 护 失 效 机 制 及 安 全 工 程 学 报,2006,23(1): Zhang Nong,Yuan Liang.Control principle of separating and bro ken roof rock strata in roadway [ J]. Journal of Mining & Safety Engineering,2006,23(1): 控 制 研 究 [ J]. 岩 石 力 学 与 工 程 学 报, 2015, 34 ( 9): Li Weiteng,Li Shucai,Xuan Chao,et al.mechanish and control of failure of rock roadway support in highly stressed soft rock[ J]. [14] 鞠 文 君. 锚 杆 支 护 巷 道 顶 板 离 层 机 理 与 监 测 [ J]. 煤 炭 学 报, 2000,25( S1): Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2015, 34 (9): Ju Wenjun. Monitoring technology for rock bolting engineering [ J].Journal of China Coal Society,2000,25( S1): [18] 王 卫 军, 罗 立 强, 黄 文 忠, 等. 高 应 力 厚 层 软 弱 顶 板 煤 巷 锚 索 支 护 失 效 机 理 及 合 理 长 度 研 究 [J]. 采 矿 与 安 全 工 程 学 报,2014, [15] 康 红 普, 陆 士 良. 巷 道 底 鼓 机 理 的 分 析 [J]. 岩 石 力 学 与 工 程 学 报,1991,10(4): Kang Hongpu,Lu Shiliang.Ananalysis on the mechanism of road way floor heave [J].Chinese Journal of Rock Mechanics and En gineering,1991,10(4): (1): Wang Weijun,Luo Liqiang,Huang Wenzhong,et al.study on sup porting failure mechanism and reasonable length of anchor cable in thick soft-weak roof of high-stress coal roadway[ J].Journal of Mining & Safety Engineering,2014,31(1): ( 上 接 第 60 页 ) 架 机 理 及 防 治 技 术 [J]. 煤 炭 科 学 技 术,2012,40(2):4-7. Ju Jinfeng,Xu Jialin,Zhu Weibing,et al. Hydraulic powered sup port jammed mechanism and prevention technology of fully mecha nized coal mining face in Daliuta Mine [ J]. Coal Science and Technology, 2012,40(2):4-7. [16] 肖 剑 儒, 李 少 刚, 张 彬, 等. 浅 埋 深 煤 层 房 采 区 下 综 采 工 作 面 动 压 控 制 技 术 [J]. 煤 炭 科 学 技 术,2014,42(10): Xiao Jianru,Li Shaogang,Zhang Bin,et al. Control technology of dynamic mine strata pressure of fully - mechanized coal mining face under gob left room and pillar mining of shallow depth seam coal[ J].Science and Technology,2014,42(10): [17] 付 兴 玉, 李 宏 艳, 李 凤 明, 等. 房 柱 采 空 区 集 中 煤 柱 诱 发 动 载 矿 压 机 理 及 防 治 研 究 [J]. 煤 炭 学 报,2016,41(6): Fu Xingyu,Li Hongyan, Li Fengming, et al.study on mechanism and prevention of strong strata behaviors induced by the concen tration coal pillar of a room mining goaf[j].journal of China Coal Society,2016,41(6): [18] 商 晶 志, 付 兴 玉, 李 凤 明, 等. 房 柱 采 空 区 集 中 煤 柱 下 动 载 矿 压 灾 害 防 治 技 术 [J]. 煤 矿 开 采,2016,21(3): Shang Jingzhi,Fu Xingyu,Li Fengming,et al.study on prevention technology of strong strata bebaviors induced by the concentration coal pillar in a room mining goaf [ J]. Coal Mining Technology, 2016,21(3): [19] 魏 立 科, 张 彬, 付 兴 玉, 等. 房 柱 采 空 区 下 特 殊 岩 梁 结 构 支 架 工 作 阻 力 分 析 [ J]. 岩 石 力 学 与 工 程 学 报, 2015, 34 ( 10): Wei Like,Zhang Bin,Fu Xingyu,et al.support working resistance analysis for special roof structures under room mining goaf [ J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2015, 34 (10): [20] 李 浩 荡, 杨 汉 宏, 张 彬, 等. 浅 埋 房 柱 采 空 区 集 中 煤 柱 下 综 采 动 载 控 制 研 究 [J]. 煤 炭 学 报,2015,40(S1):6-11. Li Haodang, Yang Hanhong, Zhang Bin, et al. Control study of strong strata behaviors during the fully mechanized working face out of concentrated coal pillar in a shallow depth seam in proximi ty beneath a room mining goaf[j].journal of China Coal Society, 2015,40( S1):

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