,2 北京科技大学学报 第32卷 在研究采掘工作面矿山压力分布、瓦斯压力方 性：煤层具有自然发火趋势，发火期为4~6个月； 面，科技工作者取得很多成果：钱鸣高等[6-给出采 ④硬度：f0.15⑤煤种：瘦煤. 煤工作面煤壁前方应力分布一般方程；林柏泉 1.2实验方案 等[⑧建立了煤层界面的应力分布状态方程以及煤 工作面钻孔钻屑量S(采用称重法)测试：每组 巷卸压带和地应力、瓦斯压力、煤强度之间的关系 布置六个钻孔，钻孔深度不小于20m,每组间距15m 式；李树刚等得出了综放采场卸压瓦斯的运移规 (走向方向)，使用弹簧秤测量钻孔钻屑量，打钻要 律受支承压力的影响：齐黎明等研究了急倾斜煤 求：①采用中空压风排屑钻杆；②匀速钻进，每钻进 层上山掘进工作面卸压区应力分布状况，并得出了 1m测一次钻屑量. 求解方程组：文献[12-16]阐述了卸压区内瓦斯抽 矿山压力观测：①运输巷和回风巷内各设10 放方法及机理，增加卸压区宽度的方法；何俊和何学 个观测站，第1个观测站距工作面煤壁5m,观测站 秋利用电磁辐射技术探测出煤体支承压力分布. 间距为5m,在每个观测站架设二根单体液压支柱， 以上主要是分别从钻屑指标，矿山压力分布和 支柱载荷用YHY一60型矿山压力表观测、活柱下缩 瓦斯压力研究入手，取得了很多研究成果.在现场 量用钢卷尺测量，②工作面运输巷和回风巷顶底 要获得采掘工作面矿山压力分布规律需要进行长期 板及两帮移近量用测尺测取.其实验方案如图1 监测，而钻屑指标法是预测煤与瓦斯突出危险性的 所示 常用方法，因此，建立钻屑量同矿山压力、瓦斯压力 之间的函数关系，可以间接得出采掘工作面矿山压 1098765432 15m 力分布规律，减少矿压观测工作量，有利于煤与瓦斯 回风巷 突出机理和预测预报的研究 工作面 采 ≥20m 区 1现场实验 钻孔/ 1.1实验现场基本情况 运输巷 第事事 现场实验场地选在天府矿业有限责任公司三汇 10987654321 一矿2124综采工作面，该工作面回采K1煤层为煤 图1钻孔及矿压观测站布置 与瓦斯突出煤层（该矿K1煤层曾多次发生突出）， Fig 1 Locations of boreholes and gmound pressure observations 而运输巷在掘进期间曾经发生过煤与瓦斯突出，顺 层孔抽放瓦斯曾引起煤炭自然发火，因此瓦斯抽放 效果不好. 2实验结果分析 2124工作面基本情况如下，①平均走向长度 2.1矿山压力观测 145m,平均倾斜长度105m,面积15225m2;②岩石 根据现场实际观测结果如表1所示(1广~4布 覆盖厚度为403~439m,平均424m③位于 置时离煤壁较近反映规律不明显)，由支柱载荷判 +590m水平南二采区，介于8勘探线以北100m,9 断出：①在距煤壁20m以外支柱载荷基本持平，说 勘探线以南370m之间.该工作面上部的2122工作 明距煤壁20m以外为原始应力区；②在距煤壁11m 面已采完，下部为未开采区域，南部为2123工作面 左右位置支柱载荷最小，说明此处的煤体承受最大 正在准备，北部为未开采区域，④煤层赋存稳定：煤 采动应力和地应力，而支柱载荷相对就会变小；③在 层走向NE51~54,平均53°煤层厚度2.10~4.80 距煤壁5m左右位置支柱载荷与原始应力区持平； m,平均2.82m煤层倾角23~28°，平均24，煤层 ④煤壁处支柱载荷达到最高值，说明煤壁处煤体承 为简单一复杂煤层，含0-1层夹矸，平均厚0.20m, 载能力小，施加在支柱上的载荷相对较大，这也是要 夹矸为黑色碳质页岩，⑤采煤方法：后退式走向长 加强端头支护的原因， 壁采煤法，⑥全部冒落法管理顶板 从以上分析知：卸压区宽度约为5m,5~11m K1煤层基本特征如下.①瓦斯：属煤与瓦斯突 位置为塑性区（应力集中区部分），11~20m间位置 出煤层，具有突出危险性；②煤尘爆炸指数：爆炸指 为弹性区（应力集中区部分），20m以后为原始应 数17%~27%，煤尘具有爆炸危险性；③煤的自燃 力区北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 在研究采掘工作面矿山压力分布、瓦斯压力方 面‚科技工作者取得很多成果：钱鸣高等 ［6--7］给出采 煤工作面煤壁前方应力分布一般方程；林柏泉 等 ［8--9］建立了煤层界面的应力分布状态方程以及煤 巷卸压带和地应力、瓦斯压力、煤强度之间的关系 式；李树刚等 ［10］得出了综放采场卸压瓦斯的运移规 律受支承压力的影响；齐黎明等 ［11］研究了急倾斜煤 层上山掘进工作面卸压区应力分布状况‚并得出了 求解方程组；文献 ［12--16］阐述了卸压区内瓦斯抽 放方法及机理‚增加卸压区宽度的方法；何俊和何学 秋 ［17］利用电磁辐射技术探测出煤体支承压力分布． 以上主要是分别从钻屑指标‚矿山压力分布和 瓦斯压力研究入手‚取得了很多研究成果．在现场 要获得采掘工作面矿山压力分布规律需要进行长期 监测‚而钻屑指标法是预测煤与瓦斯突出危险性的 常用方法．因此‚建立钻屑量同矿山压力、瓦斯压力 之间的函数关系‚可以间接得出采掘工作面矿山压 力分布规律‚减少矿压观测工作量‚有利于煤与瓦斯 突出机理和预测预报的研究． 1 现场实验 1∙1 实验现场基本情况 现场实验场地选在天府矿业有限责任公司三汇 一矿 2124综采工作面‚该工作面回采 Ｋ1 煤层为煤 与瓦斯突出煤层 （该矿 Ｋ1 煤层曾多次发生突出 ）‚ 而运输巷在掘进期间曾经发生过煤与瓦斯突出‚顺 层孔抽放瓦斯曾引起煤炭自然发火‚因此瓦斯抽放 效果不好． 2124工作面基本情况如下．① 平均走向长度 145ｍ‚平均倾斜长度 105ｍ‚面积 15225ｍ 2；②岩石 覆盖 厚 度 为 403～439ｍ‚平 均 424ｍ．③ 位 于 ＋590ｍ水平南二采区‚介于 8勘探线以北 100ｍ‚9 勘探线以南370ｍ之间．该工作面上部的2122工作 面已采完‚下部为未开采区域‚南部为 2123工作面 正在准备‚北部为未开采区域．④煤层赋存稳定：煤 层走向 ＮＥ51～54°‚平均53°‚煤层厚度2∙10～4∙80 ｍ‚平均 2∙82ｍ．煤层倾角 23～28°‚平均 24°．煤层 为简单－复杂煤层‚含 0--1层夹矸‚平均厚 0∙20ｍ‚ 夹矸为黑色碳质页岩．⑤采煤方法：后退式走向长 壁采煤法．⑥全部冒落法管理顶板． Ｋ1煤层基本特征如下．①瓦斯：属煤与瓦斯突 出煤层‚具有突出危险性；②煤尘爆炸指数：爆炸指 数17％ ～27％‚煤尘具有爆炸危险性；③煤的自燃 性：煤层具有自然发火趋势‚发火期为 4～6个月； ④硬度：ｆ＜0∙15；⑤煤种：瘦煤． 1∙2 实验方案 工作面钻孔钻屑量 Ｓ 0 （采用称重法 ）测试：每组 布置六个钻孔‚钻孔深度不小于 20ｍ‚每组间距15ｍ （走向方向 ）．使用弹簧秤测量钻孔钻屑量．打钻要 求：①采用中空压风排屑钻杆；②匀速钻进‚每钻进 1ｍ测一次钻屑量． 矿山压力观测：① 运输巷和回风巷内各设 10 个观测站‚第 1个观测站距工作面煤壁 5ｍ‚观测站 间距为 5ｍ．在每个观测站架设二根单体液压支柱‚ 支柱载荷用 ＹＨＹ--60型矿山压力表观测、活柱下缩 量用钢卷尺测量．② 工作面运输巷和回风巷顶底 板及两帮移近量用测尺测取．其实验方案如图 1 所示． 图 1 钻孔及矿压观测站布置 Ｆｉｇ．1 Ｌｏｃａｔｉｏｎｓｏｆｂｏｒｅｈｏｌｅｓａｎｄｇｒｏｕｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ 2 实验结果分析 2∙1 矿山压力观测 根据现场实际观测结果如表 1所示 （1 ＃ ～4 ＃布 置时离煤壁较近反映规律不明显 ）‚由支柱载荷判 断出：①在距煤壁 20ｍ以外支柱载荷基本持平‚说 明距煤壁 20ｍ以外为原始应力区；②在距煤壁 11ｍ 左右位置支柱载荷最小‚说明此处的煤体承受最大 采动应力和地应力‚而支柱载荷相对就会变小；③在 距煤壁 5ｍ左右位置支柱载荷与原始应力区持平； ④煤壁处支柱载荷达到最高值‚说明煤壁处煤体承 载能力小‚施加在支柱上的载荷相对较大‚这也是要 加强端头支护的原因． 从以上分析知：卸压区宽度约为 5ｍ‚5～11ｍ 位置为塑性区 （应力集中区部分 ）‚11～20ｍ间位置 为弹性区 （应力集中区部分 ）‚20ｍ以后为原始应 力区． ·2·