论文部分内容阅读
摘要：为研究原生矸石充填开采矿压显现规律，以翟镇煤矿7203E工作面充填开采为研究背景，在7203E轨道巷、运输巷每隔50m布置一测点，采用一系列矿压设备检测充填开采时工作阻力的变化情况，通过对比相似条件下垮落法开采的矿压情况，得出两巷的支柱阻力峰值在距煤壁约8m处，两巷的平均阻力峰值为17.1MPa，超前支承应力影响范围约为23m。该研究可为原生矸石充填开采矿压研究提供一定的借鉴意义。
关键词：原生矸石；充填开采；充填工艺；矿压显现
1工程背景
7203E工作面位于七采轨道东侧；南临7202E工作面，已回采完毕；东临DF3断层（倾角70°，H=0-25m）；北临F19断层（倾角70°，H=0-95m）。工作面采高2.15m，走向长578m，倾斜长92m，平均采深600米，工作面采用原生矸石充填，综合机械化开采，老顶为细沙岩，平均厚度18.5米，灰黄色，较软，f=3.0，直接顶是由砂岩互层、灰黑色粉砂岩及煤2上2分层构成的复合顶，平均厚度为5.72米。直接底为灰色-灰白色细砂岩，平均厚度7.85米，成分以石英为主，颗粒均匀，分选佳，胶结物以硅质及泥质为主，孔隙胶结，细水平层理，f=4.0。基本底为灰白色中砂岩，平均厚度6.05米，以石英为主，含少量粉砂岩包裹体，多薄层状，层理发育，构成楔形及交错层理，平行层面分布。
2 工作面充填工艺
工作面矸石充填工艺是依靠充填式液压支架配合SGZ—630/264型充矸刮板输送机实现的。具体操作如下：各地点来的矸石从工作面的轨道巷通过充矸刮板输送机运至工作面采空区，输送机开设卸料孔，矸石通过卸料孔进行从溜尾至溜头，再从溜头至溜尾的反复充填，在矸石充填过程中，由于充填输送机运矸石负荷较大，因此必须避免受力峰值的产生。同时，为保证充填效果，输送机配备压实机构，将充填矸石进行推压夯实，确保充填矸石在接触到采空区的顶板时仍能够继续充填已达到一定的致密度。其工作原理示意图如图1所示。
3工作面充填规律研究
3.1工作面充填观测点布置
为揭示充填工作面两巷的矿压显现特征与规律，对充填体及两巷矿压进行监测：在两巷内距离工作面切眼20m、70m、120m分别布置1个测站，两巷内设置6处位移监测点，采空区内安装3台充填体应力检测仪，并通过单体支柱阻力监测仪对工作面前方单体支柱阻力进行监测，监测设备布置图如图2所示。
3.2工作面矿压观测与分析
在充填采煤工作面顺槽内，对超前60m范围内的单体支柱进行工作阻力监测，分析得到其支柱阻力分布规律，并选取临近地质条件一致的垮落法工作面顺槽超前单体支柱阻力数据进行对比，动态实测结果如图3所示。
充填法与自然垮落法工作面的超前支承应力显现变化规律一致，但其峰值及影响范围存在较大差异。自然垮落法管理顶板时，其支柱阻力峰值位于煤壁前方12m处，峰值为23.7MPa，超前支承应力显示影响范围达到38m。而当采用充填法开采时，两巷的支柱阻力峰值在距煤壁约8m处，两巷的平均阻力峰值为17.1MPa，超前支承应力影响范围约为23m。由实测分析可知，与垮落法开采相比，采用密实充填后，工作面超前支承应力显现强度和影响范围均明显减小，充填工作面矿压显现较弱，巷道支护荷载较小。
4主要结论
（1）采用机械化充填法开采时依靠充填式液压支架配合SGZ—630/264型充矸刮板输送机，既能保证充填效果，又能提高充填效率。
（2）采用充填法开采时，两巷的支柱阻力峰值在距煤壁约8m处，两巷的平均阻力峰值为17.1MPa，超前支承应力影响范围约为23m。
（3）充填法与垮落法工作面的超前支承应力显现变化规律一致，但其峰值及影响范围存在较大差异，但原生矸石充填可有效的控制覆岩运动及地表变形，具有良好的推广价值及意义。
参考文献：
[1]谭云亮. 矿山压力与岩层控制[M]. 煤炭工业出版社，2011：45-47.
[2]王磊. 固体密实充填开采岩层移动机理及变形预测研究[D]. 中国矿业大学，2012：21-23.
[3]彭文斌. FLAC 3D实用教程[M]. 机械工业出版社，2008
[4]Jiang Lishuai，Sainoki Atsushi，Mitri Hani S.，et al. Influence of fracture-induced weakening on coal mine gateroad stability[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，2016，88：307-317.
[5]姚寶志. 固体充填开采地表沉陷规律数值模拟[J]. 煤矿安全，2012，（01）：171-173.
关键词：原生矸石；充填开采；充填工艺；矿压显现
1工程背景
7203E工作面位于七采轨道东侧；南临7202E工作面，已回采完毕；东临DF3断层（倾角70°，H=0-25m）；北临F19断层（倾角70°，H=0-95m）。工作面采高2.15m，走向长578m，倾斜长92m，平均采深600米，工作面采用原生矸石充填，综合机械化开采，老顶为细沙岩，平均厚度18.5米，灰黄色，较软，f=3.0，直接顶是由砂岩互层、灰黑色粉砂岩及煤2上2分层构成的复合顶，平均厚度为5.72米。直接底为灰色-灰白色细砂岩，平均厚度7.85米，成分以石英为主，颗粒均匀，分选佳，胶结物以硅质及泥质为主，孔隙胶结，细水平层理，f=4.0。基本底为灰白色中砂岩，平均厚度6.05米，以石英为主，含少量粉砂岩包裹体，多薄层状，层理发育，构成楔形及交错层理，平行层面分布。
2 工作面充填工艺
工作面矸石充填工艺是依靠充填式液压支架配合SGZ—630/264型充矸刮板输送机实现的。具体操作如下：各地点来的矸石从工作面的轨道巷通过充矸刮板输送机运至工作面采空区，输送机开设卸料孔，矸石通过卸料孔进行从溜尾至溜头，再从溜头至溜尾的反复充填，在矸石充填过程中，由于充填输送机运矸石负荷较大，因此必须避免受力峰值的产生。同时，为保证充填效果，输送机配备压实机构，将充填矸石进行推压夯实，确保充填矸石在接触到采空区的顶板时仍能够继续充填已达到一定的致密度。其工作原理示意图如图1所示。
3工作面充填规律研究
3.1工作面充填观测点布置
为揭示充填工作面两巷的矿压显现特征与规律，对充填体及两巷矿压进行监测：在两巷内距离工作面切眼20m、70m、120m分别布置1个测站，两巷内设置6处位移监测点，采空区内安装3台充填体应力检测仪，并通过单体支柱阻力监测仪对工作面前方单体支柱阻力进行监测，监测设备布置图如图2所示。
3.2工作面矿压观测与分析
在充填采煤工作面顺槽内，对超前60m范围内的单体支柱进行工作阻力监测，分析得到其支柱阻力分布规律，并选取临近地质条件一致的垮落法工作面顺槽超前单体支柱阻力数据进行对比，动态实测结果如图3所示。
充填法与自然垮落法工作面的超前支承应力显现变化规律一致，但其峰值及影响范围存在较大差异。自然垮落法管理顶板时，其支柱阻力峰值位于煤壁前方12m处，峰值为23.7MPa，超前支承应力显示影响范围达到38m。而当采用充填法开采时，两巷的支柱阻力峰值在距煤壁约8m处，两巷的平均阻力峰值为17.1MPa，超前支承应力影响范围约为23m。由实测分析可知，与垮落法开采相比，采用密实充填后，工作面超前支承应力显现强度和影响范围均明显减小，充填工作面矿压显现较弱，巷道支护荷载较小。
4主要结论
（1）采用机械化充填法开采时依靠充填式液压支架配合SGZ—630/264型充矸刮板输送机，既能保证充填效果，又能提高充填效率。
（2）采用充填法开采时，两巷的支柱阻力峰值在距煤壁约8m处，两巷的平均阻力峰值为17.1MPa，超前支承应力影响范围约为23m。
（3）充填法与垮落法工作面的超前支承应力显现变化规律一致，但其峰值及影响范围存在较大差异，但原生矸石充填可有效的控制覆岩运动及地表变形，具有良好的推广价值及意义。
参考文献：
[1]谭云亮. 矿山压力与岩层控制[M]. 煤炭工业出版社，2011：45-47.
[2]王磊. 固体密实充填开采岩层移动机理及变形预测研究[D]. 中国矿业大学，2012：21-23.
[3]彭文斌. FLAC 3D实用教程[M]. 机械工业出版社，2008
[4]Jiang Lishuai，Sainoki Atsushi，Mitri Hani S.，et al. Influence of fracture-induced weakening on coal mine gateroad stability[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，2016，88：307-317.
[5]姚寶志. 固体充填开采地表沉陷规律数值模拟[J]. 煤矿安全，2012，（01）：171-173.