矿压观测报告

xx充填工作面矿压观测报告

掌握了解充填工作面矿压显现规律不仅可以进一步完善充填开采控制顶、底板变形和地表沉陷理论，是xx矿膏体充填开采的重要的环节，也是评价膏体充填开采效果的重要指标。

传统的垮落法采煤回采工作面从开切眼开始向前推进到一定距离，首先要经历直接顶的初次垮落过程，如果直接顶厚度不大，随着采煤工作的进行，除了直接顶初次垮落外，工作面还要经历老顶初次来压和老顶周期来压等顶板来压过程，从工作面推进方向来看，整个采面上覆岩层中邻近煤层的顶岩层形成的结构是由“煤壁— 回采工作面支架（支柱）—采空区已冒落的矸石”支撑体系所支撑，工作面来压时顶底板移近量、支柱载荷和巷道围岩都有较为显现的变形。

充填工作面在开采过程中，紧随工作面，在工作面后方及时有效地进行膏体充填以后，能够保证煤层顶板在采空侧得到充填体的有效支撑作用，可以把充填工作面的顶板简化为受不等刚度弹性基础上的梁式结构，顶板结构在工作面煤壁前方受煤体的支撑，在工作面内受支柱或支架支撑，而在采空区受充填体支撑，形成了“煤壁—回采工作面支架（支柱）—采空区充填体”的支撑体系，在上述支撑体系的作用下，顶板结构保持完整，老顶在变形过程中能够较好的受到由|“顶板—充填体—底板—围岩”力系的约束，难以向垮落法一样变形滑落、失稳，充填工作面类似于老切眼的不断移近、工作面空间就在由最小控顶距到最大控顶距之间往复的采煤过程。因此工作面周围的矿压显现应该比垮落法开采的采场周围矿压显现明显轻微，充填工作面周围支撑压力及其显现不明显，对于工作面顶板稳定性维护也是有利的。

通过对xx矿002充填工作面的矿压观测，从工作面顶底板移近量、围岩顶底板移近量、支柱载荷的变化的数据来看证实了充填工作面矿压显现较为缓和。 一、 工作面概况

1

xx矿002充填工作面矿压观测报告

1.1 工作面位置及井上下关系

该面地面位于我矿西苑社区，道清路从工作面西部穿过；工作面西部地面有北xx养殖场、xx矿西斜井、北xx东北区家属区、矿机械厂，中部有西苑社区家属楼，东部为原碳素厂、已经搬迁的家属楼。工作面西部北侧40m处为西苑社区O2灰吃水井，工作面东部为中站区怡光南路及公司北门岗。

工作面位置及井上下关系

工作面名称 002 煤层名称 井下位置及相邻关系 采动情况及影响范围 地面相对位置 回采对地面设施的影响 走向长（m） 由于工作面开采时，对采空区进行膏体充填，采动对地面影响轻微；在采煤过程中，设置地面下沉观测点对下沉进行观测，并进行评估。 865 倾向长（m） 66～103 101 面积（m2） 88006 水平名称 -49水平 +146.61～+144.42 采区名称 区西段 井下标高 -50.68～-70.96 一5煤层 地面标高 工作面位于采区轨道下山西翼上部，北为001工作面，南为未开采的003工作面，西为采区北部边界三号井断层。 该面为区西段采区首采面，附近无采掘活动，对工作面无影响。 二 煤层及其顶地板赋存状况

002工作面一5煤直接顶板为L5灰岩，因此一5煤赋存也较稳定，煤厚变化不大。钻孔煤厚在1.25～1.57m之间，平均煤厚1.3m。 2.1、煤层倾角

2

xx矿002充填工作面矿压观测报告

工作面一5煤层正常倾角为4～8°，平均6°。 2.2、煤层结构

煤层属简单结构，由酥煤和小花炭组成。一般为黑色，分块状、粒状和粉末状，块状居多，块状煤呈亚金属光泽，贝壳状断口，平均容重1.60t/m3。 2.3、煤层间距

一5煤上距二1煤底42.8～57.38m，平均50.73m，下距一2煤顶面20.05～29.92m，平均25.16m。 2.4、煤层顶底板条件 2.4.1 顶板

一5煤无伪顶，其直接顶板为L5灰岩，其厚度为1.6～2.63m，平均厚度为2.18m。该层灰岩为深灰色、隐晶质、块状致密坚硬、性脆，裂隙中充填方解石脉，富含海百合茎化石和黄铁矿结核； 一5煤老顶为粉砂岩及砂岩互层。 2.4.2 底板

一5煤底板一般为粉砂岩或泥质粉砂岩，部分地段为泥岩或细砂岩，厚度1.44～2.76m，平均2.06m。该层为灰色、灰黑色层状，因其多含泥质成分，因此遇水易变软；其老底为L4灰岩，灰色，质纯，含海百合茎化石，裂隙充填方解石脉，其厚0.73～4.9m，平均1.97m。 2.4.5 区内变化情况

该区沉积稳定，顶板及底板基本无变异。 三、工作面矿压观测

3、1工作面顶底板移近量观测

在工作面推进了65m的过程中对工作面共进行了5次较为完整的

3

xx矿002充填工作面矿压观测报告

观测，其中在炮采采煤工艺中进行了3次完整的数据观测，最小控顶距为2.25m、最大控顶距5.25m、充填步距为3m。在高档普采工艺采煤过程中进行了2次完整的数据观测，最小控顶距为3.6m、最大控顶距为7.2m、充填步距为3.6m。数据结果整理如下图所示；

2520顶底板移近量/mm1510522.53.距煤壁距离/m工作面上测站工作面中测站34.5工作面下测站55.5

图1 002工作面炮采测站顶底板移近图

3025顶底板移近量/mm2015105033.55.5测站距煤壁距离/m工作面上测站工作面中测站4.566.577.5工作面下测站图2 002工作面普采测站顶底板移近图

（i） 炮采和机组采煤顶底板移近量在煤层高度一定的情况下都有随着控顶距增大而增长的趋势，符合跨落法中顶板的下沉量与采高、控顶距的大小成正比的关系。但与垮落法相比下沉系数较小，从我国对实际测定的50个工作面的统计中得到，离煤壁4m处顶底板下沉量一

4

xx矿002充填工作面矿压观测报告

般为采高的10%～20%，即下沉系数在0.025～0.05之间，但全部充填法处理采空区测点离煤壁4m处顶底板最大下沉量不到20mm，不到采高的2%，下沉系数在0.01左右。

（ii）随着控顶距的增加，机组采煤与炮采采煤相比顶底板移近量并没有随之较大的增长且机组采煤顶底板移近量变化更趋于缓和，这与采煤推进速度增大有关，同一条件下加快采煤的速度并及时的支撑顶板可以有效的减少顶底板的移近量，符合“s-t”曲线变化规律。 （iii）被测测点进入采空充填区内短时间内还将继续下沉，并最终趋于稳定，这是因为直接顶的变形与充填体的接触压实过程需要一段时间，但只要充填欠接顶量较小，充填效果良好直接顶就能够很快受到充填体的支撑、有效的减少顶板和上覆岩层的变形继而有效的控制地表变形，在观测记录数据的同时就发现，在几次工作面充填跑浆时，由于充填接顶效果不好，加上顶板控顶时间较长，充填体没有很好的支撑上覆岩层，顶底板移近量数据有加大的趋势。 3.2工作面支柱载荷

紧随工作面的推进分别对工作面5.4m2、9 m2和12.6 m2等不同有效支护面积内的8个支柱载荷进行了统计以此来预测老顶初次压。下图为工作面推进将近35m后不同测站单位面积平均载荷和三个测站单位面积平均载荷分布趋势图。

140120顶板单位面积平均载荷/KN100806040200510上测站载荷1520工作面推进距离/m下测站载荷253035中测站载荷三测站单位面积平均载荷

图3 工作面支柱载荷随工作面推进关系图

5

xx矿002充填工作面矿压观测报告

从图2看出三测站单位面积平均载荷变化曲线图变化带有周期性，随着控顶距的增大单位面积支护载荷不断增大，达到充填步距后采空区及时的采取煤矸石膏体充填及相当于变相的减少了控顶距，膏体凝结固化后能够有效发挥支撑作用，减少了支柱载荷压力，如此往复循环推进工作面，支护单位面积的载荷也出现了增长、减少，增长、减少周期性变化的趋势。 3.3两巷围岩顶底板移近量观测

由于上下风巷的2号测站（距老切眼35m）受工作面的影响遭到破坏没有能够及时的测出工作面推过后后方影响区10m范围内的顶底板位移变化趋势，为此加强了对上下风巷3号观测站的工作，及时的反应膏体充填留巷的围岩变形情况，现将近期上下风巷3号站的观测数据与2号站的观测数据做一比较总结膏体充填工作面预留巷道顶底板的位移移近量变化规律，为合理加强对两巷的支护提供参考。

膏体充填预留两巷位于膏体充填区域边缘的两侧，保留巷道期间经历工作面的采动影响，巷道顶底板的下沉变形必然受到膏体充填区上覆岩层沉降变形总规律的制约，目前对于膏体充填区的上覆岩层变化规律正在初步的认识和完善过程中，从理论上来说膏体充填区上覆岩层是呈现柔性下沉逐渐接触压实充填区的过程，充填的效果决定着上覆岩层在下沉变形过程中是否会出现变形破坏。因此对于膏体充填来说，合理的充填步距、充填体早期的强度、充填体的充填接顶效果和后期强度对于控制上覆岩层变形至关重要。从目前观测的数据来看，在工作面的采动影响趋于稳定后，预留巷道的围岩变形量显著下降并趋于稳定。

总结近期观测数据总结如下结论：

（i）采面前10～20m处煤层上覆岩层开始运动，但下沉速度很小，为岩层起始沉降期。

（ii）有上下风巷2号站工作面推后后期测量数据看出工作面前后10～15m范围内巷道顶底板移近变化速度增大，下沉量占最终下沉量的80%左右。其中上风巷3号测站在工作面前后10m每天平均下沉量为

6

xx矿002充填工作面矿压观测报告

15～18mm，特别是在工作面后方5m范围内变化量更大达到每天20mm，是下风巷3号站变化量的将近4倍，随后对上下风巷出现如下情况进行了更为细致的现场观测，出现如上情况可能有以下几种情况综合导致。

1）上风巷（运输巷）裸露截面积较下风巷（运料巷）大；

2）另外一5煤无伪顶，其直接顶板为L5灰岩，其厚度为1.6～2.63m，平均厚度为2.18m，该层灰岩为深灰色、隐晶质、块状致密坚硬、性脆，裂隙中充填方解石脉，上风巷顶板淋水比下风巷严重，随工作面推进距老切眼10m左右就曾出现过一条2～3mm的裂隙随工作面推进向前延伸了12m左右， 初步判断上风巷所处直接顶岩层灰岩较薄且受水的长期影响导致岩石的软化特性使整体受压强度降低导致有裂隙产生，裂隙随工作面的推进向前方延伸到一定距离受上覆内部岩层下沉的相对错动裂隙会有所终止，但随工作面推进隔段距离又会出现裂隙并会向岩层内部扩展，如不及时在下沉变化量大处加强支护，裂隙可能会沟通扩展，在上风巷中部会出现大的裂隙，建议加强在工作面前后10m范围内的上下风巷的支护，特别是加强上风巷工作面推过后的10m范围内两侧和中部支护强度。

（iii）工作面后方20m以外有2号站的观测数据可知，上覆岩层沉降速度衰减并基本趋于稳定，下沉量占最终下沉量的15%左右，称为岩层沉降衰减期。

（iv）按照以往沿空留巷的经验，采动期间沿空留巷的顶板下沉量与煤层采厚呈正比关系，一般为采高的10%～20%，而膏体充填工作面预留巷道采动期间顶板下沉量是采高的5%～15%左右，验证了充填工作面预留巷道效果更好。

煤矿充填开采，在煤层采出后顶板未冒落前对采空区域及时的进行充填，当充填区域的临时支护撤出之后，直接顶在上覆岩层的作用下开始下沉，由于充填体具有一定的承载能力，其减缓了直接顶下沉的速度，相反直接顶下沉对充填体施加了一定的载荷，此时的充填体处于一个三轴应力状态，其承载能力大大提高。由于充填体的作

7

xx矿002充填工作面矿压观测报告

用，直接顶下沉速度非常缓慢并逐步趋于稳定，在下沉过程中可以比较好的保持上覆岩层的完整性，从而达到控制地表沉陷的目的。

1210顶底板累积移近量/mm82005101520测站距工作面距离/m上风巷测站下风巷测站2530

测站相对位置处移近变化量/mm8763210图4 上下风巷2号测站数据整理图

-28-26-24-22测站距工作面距离/m-20-18-16-14-12-10上风巷测站下风巷测站

图5 上下风巷2号测站工作面推进10m以后数据整理图

180160顶底板累积移近量/mm140120100806040200-20-1001020距工作面距离/m上风巷测站304050下风巷测站

图6 上下风巷3号测站数据整理图

8

xx矿002充填工作面矿压观测报告

3.4 充填体欠接顶量统计

为把握膏体充填工作面的充填质量，对充填过程中每次膏体的充填率进行了观测统计，得出如下一次性充填工作面充填率图，其中采高按煤层平均高度1.3m计算，工作面长度按实际测量长度为准。数据来自从2008年9月2日至9月14日共7次充填循环。

100%80%充填率60%40%20%0%123充填循环数4567

图7 膏体充填效率图

膏体充填工作面每次的充填效率平均为87%，在充填过程中有过几次因挡墙措施不利跑浆的事故，降低了充填率影响了膏体的接顶情况，而膏体的有效接顶是控制顶板变形下沉的重要影响因素，在上述的顶底板移近量中就能够直接的反应出来，由于充填的接顶率低导致下沉量偏大，可见在膏体充填准备过程中挡墙的构筑极为重要直接影响着工作面的工作环境和充填的效果。

中国矿业大学

中矿大贝克福尔科技有限公司

焦煤集团科研所 焦煤集团xx矿技术科

2008年10月31日

9

充填项目组