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综采(放)工作面预防冒顶技术探索与实践_综放工作面-论文网

时间:2015-01-08  作者:冯德清

论文摘要:根据徐庄煤矿综采、综放工作面松散煤体在复杂的地质条件下由于开采仰角较大,煤壁片帮和端面冒顶频繁发生的现状,结合煤壁片帮机理和防治技术,确定了合理的防治方案,对松软煤体及破碎顶板采用多种支护技术,在现场应用后取得了显著的效果,使工作面片帮冒顶状况得到了有效的治理。
论文关键词:综放工作面,片帮,联合支护

松软厚煤层开采的主要技术难题是煤壁片帮、架前与架间漏冒。对于综合机械化开采来说,煤壁片帮防治难度很大,煤壁片帮还会导致架前无支护空间扩大,进而导致架前顶板(顶煤)漏冒,影响工作面推进速度和正常循环作业,无法实现高产高效开采,由此也会引发采空区发火及恶化其它矿山压力现象等,产生恶性循环。本文根据中煤集团大屯公司徐庄煤矿综采(放)工作面煤壁片帮和顶板事故状况,通过理论分析研究,采取了合理的支护措施,保证了工作面的正常回采。

1工作面地质概况及回采工艺

1.1地质概况

井田内主要可采煤层有7号煤层和8号煤层。7号煤层位于山西组中下部,上距下石盒子组底部分界砂岩约60m,下距8号煤层0.30~34.0m之间。煤层两极厚度为1.19~7.97m,所有见煤点的平均厚度为5.00m,为稳定型的厚煤层。8号煤层位于山西组底部,其厚度较大,仅次于7号煤层,煤层两极厚度为0~6.54m,平均厚度为2.80m,经计算煤厚变异系数r=51.2%,可采性指数Km=0.87,为不稳定型的中厚煤层。

7号煤层伪顶不发育,局部地段发育一层厚0.10米的泥岩,随着回采垮落。组成直接顶或老顶的岩层岩性为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩~粗砂岩,岩性和层厚无明显规律,变化较大,两极厚度为0~27.83m。8号煤层直接顶板即7号煤层底板岩性一般为泥岩、砂质泥岩,少数为炭质泥岩,厚度变化大,最大厚度约34.0m,属中等稳定型~稳定型。8号煤层底板岩性以灰黑色泥岩、砂质泥岩为主(个别点为细砂岩),底板属中等稳定型~稳定型,但局部区域巷道揭露的8号煤层顶板较破碎。

1.2工作面回采工艺

徐庄煤矿综采(放)面沿煤层倾向布置,工作面平均倾角13°,工作面走向煤层坡度为8°左右。煤层厚度在局部变化较大,为1.8~13.5m,平均煤厚5.53m。工作面采用后退式、沿底低位放顶煤全厚开采方法,采高2.3m,放顶煤平均为3.23m,放煤采用“两采一放”放煤工艺,循环步距为1.2m,顶板采用全部垮落法。工作面配备MG160/380-WD型双滚筒采煤机,ZF2800/16/26轻型放顶煤支架,两台SGZ-630/400型刮板输送机;采用SZZ-764/160型转载机。采用及时支护方式,采煤机割煤后紧跟着后滚筒先移架后推溜,最大控顶距为4.342m,最小控顶距为3.742m。

2工作面冒顶情况及影响因素

2.1工作面片帮及冒顶现状

综放工作面频繁发生冒顶现象,2009年前期6个月期间平均一个月发生一次大范围的不同程度的冒顶,冒落高度最小0.2m,最大2.5m,工作面前方冒落长度0.4~2.0m。随着回采中不断揭露断层,地质条件极为复杂,加上工作面走向角度较大,工作面多数处于仰采阶段,其中最大一次冒落范围超过了工作面长度的2/3。工作面片帮冒顶形式多为正楔形和倒楔形两种。倒楔型片帮主要由于支架初撑力较低造成,正楔型片帮主要受煤层水、裂隙发育等引起。

由于工作面的大面积冒落,致使工作面冒落段的高度达4m以上,造成支架接触不到顶板,失去应有的支撑,给安全生产带来很大隐患。同时,由于大量矸石进入工作面,对煤炭质量的影响也非常大。

2.2影响因素分析

(1)综放面所采煤层处于断层较大的地质条件下,由于煤体受到地质构造的挤压,使得煤体中存在裂隙较多,煤体较软,尤其在揭露断层面附近煤体大多呈粉末状。煤体中节理裂隙发育,破坏其整体性,降低了内聚力,易引起煤体沿节理裂隙面破坏,导致片帮。

(2)采用综放开采时,煤层越软,支承压力分布范围越大,软煤在煤壁前方的位移也越大,主要以水平位移为主;另外,软煤较破碎,使支架前方煤体易失稳。

(3)放煤后顶板支承压力加大,使得煤体的运动和破碎更加严重,造成了支架前方易发生漏顶,诱发煤壁片帮。

(4)工作面处于仰采松散的顶煤易向工作面老塘侧滑落,抽空支架上方的顶煤,以及所选用的支架无护帮板,由于工作面倾向角度较大,在移架过程中侧护板的利用,架间缝隙大,出现片帮时不能及时支护,在很短的时间内,就能使顶板自动脱落。

(5)煤壁片帮扩大了无支护空间,诱发端面冒顶,端冒又诱发片帮,从而形成恶性循环;顶煤冒漏,煤壁片帮事故严重,导致事故处理时间加长,使得支承压力作用时间长,顶煤破碎区前移,又易引发端面冒顶与片帮,形成恶性循环。

3煤壁片帮机漏顶理分析

煤壁在自重和顶板压力作用下,主要表现出2种破坏形式:拉裂破坏与剪切破坏。

3.1煤壁拉裂破坏

煤壁拉裂破坏常发生在脆性硬煤中,该类煤壁的容许变形量小,其片帮破坏主要原因是由于在顶板压力作用下,煤壁内产生了横向拉应力,而横向拉应力不能通过煤体的变形释放或者缓解,因此当其大于煤体的抗拉强度时,煤壁拉裂破坏,并常伴有破裂声响。其破坏准则为Rt≤2Kp/πH,其中,Rt为煤体抗拉强度;K为应力修正系数;p为煤壁所受压力;H为煤壁高度。

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