综采工作面一次采全高煤壁片机理分析与预防

1、综采工作面一次采全高片帮机理分析与预防界沟煤矿 赵福运摘 要 针对综采工作面片帮特点、危害、原因进行深入分析，提出了增大并保持综采液压支架的初撑力和工作阻力，控制采高，保持煤壁平直，锚帮固顶，煤帮挂挡矸帘和加强顶板矿压观测、做好地质预报等防范措施，防止了综采工作面一次采全高煤壁片帮伤人，促进了安全生产。关键词 综采面；一次采全高；片帮；机理分析；预防措施1 概述界沟煤矿东翼72煤层的首采工作面，8月初开始试生产，在生产期间工作面片帮、冒顶现象比较严重，为寻求工作面安全回采，现对7222工作面片帮、冒顶现象进行机理分析，探讨防片帮、冒顶预防措施。2 工作面概况2.1 位置及概况7222工作面位于东翼采区72煤层第一个工作面，上部位于7221工作面块段，下部为7223工作面块段。7222工作面情况：机巷走向长1210米，风巷走向长度1130米，倾斜长180米，倾角：4至23，煤厚平均4.79m，可采储量为121万吨。块段上下均为72煤体。2.2 煤层情况72煤层：位于下石盒子组下部，下距82煤15米左右，为井田主要可采煤层之一，发育稳定，结构简单。煤层顶板多为砂岩，底板一般为泥岩，属较稳定

2、煤层，上距71煤层平均约7m，在本区多与71煤层发生合并，并有一层夹矸。2.3 顶、底板情况老顶：中粒砂岩，浅灰灰白色，中厚层状，平均厚度6m，致密坚硬，裂隙较发育，含水，上部为斜层理，下部为缓波状层理。直接顶：泥岩，灰黑色，平均厚度3.0m，局部含粉砂质。性软，含植物化石碎片，粉砂岩性脆。由于压力大，裂隙发育，直接顶板易掉。直接底：泥岩，深灰色，块状，性软，局部含有0.20.5m厚度不等的煤层。老底：细中粒砂岩，灰白色，中厚层状，成分以石英为主，性硬，部分为泥质条带与浅灰粉砂或细砂岩形成互层状，组成缓波状水平层理，性脆。2.4 地质构造本面地质构造总体为一单斜构造，倾角423，局部存在小褶曲，边界受界沟断层的影响，倾角较大。3 工作面片帮情况 7222工作面与5月份开始安装，7月份安装结束，8月初开始试生产，由于队伍素质差，在试生产时，工作面长期未推进，造成工作面片帮、冒顶严重。 根据工作面现场观测，7222工作面片帮、冒顶现象较重，结合理论，现对片帮、冒顶特点、影响煤壁片帮、冒顶的因素及机理进行分析，在正常生产过程中应采取了以下防范措施。3.1 片帮特点（1）隐蔽突发性。煤机割煤前

3、，有的煤体难以发现有片帮趋势，割煤后煤壁平直，但突然片帮，具有很大危险性。（2）工序性。每道工序都有可能出现片帮现象，尤其是在煤机割煤、移架降架过程中发生片帮较为严重。（3）周期性。工作面正常生产过程中，有片帮现象，但在周期来压时煤壁片帮严重，具有一定的周期性。工作面周期来压步距为1215米。（4）范围大。煤壁发生片帮时，倾向长度为少则35米，重则10米以上；顶板以下煤壁片帮较为严重，端面少则300500mm，重则2000mm以上，并有大面积掉顶现象。3.2 片帮的危害煤壁发生片帮、冒顶时，影响工作面的正常生产；影响工作面的安全质量标准化；较为严重的片帮可能引起煤壁顶板漏顶，甚至造成人身事故。4 片帮机理分析针对综采工作面回采过程中煤壁的片帮现象，从增大了煤体支承压力，降低了煤体的抗压强度，增强煤体的下滑趋势三个方面因素分析片帮机理如下：（1）煤层直接顶厚度不足，煤壁支承压力增大。老塘移架后，直接顶自下而上垮落，充填采空区。要使冒落的矸石堆积到老顶，直接支撑老顶，有效控制老顶的活动，便于裂隙带形成铰接梁式的平衡结构，减少回采空间和煤壁的支承压力，直接顶厚度应为采高的24倍，即工作面直接

4、顶厚度应为816米，而实际只有35米，直接顶局部厚度不足，且直接顶有时厚度冒落不充分，不能有效充填采空区，造成回采空间及煤壁支承压力增大。（2）周期来压时，煤壁支承压力达最大值，煤壁片帮增大。工作面周期来压步距为1215米。每次周期来压前，工作面上方的老顶岩层成悬梁状态，其大部分重量通过直接顶传给煤壁，随着工作面的推进，煤壁的支承压力越来越大，老顶跨度达1215米时，煤壁支承压力达到最大值，片帮最为严重。（3）采深大及煤厚、采高大时，煤壁支承压力增大。对煤壁体而言，煤壁下方煤体比上方煤体垂直应力大，随着煤壁高度的增大、采场深度的增加，下部煤体应力增大，在煤体抗压强度一定的情况下，下部煤体一般先片帮继而引起上方煤体片帮，甚至造成煤壁顶板抽顶。（4）煤机割煤与移架同时作业过程中，增大了煤壁的支承压力。移架时在降架过程中，对顶板的下沉影响最为剧烈，移架后支架初撑力不足，势必加大了顶板的下沉量，煤壁所承受的支承压力也相应增大。（5）工作面遇地质构造带时，煤壁的支承压力增大，片帮现象发生频繁。地质构造带改变煤体的固有结构，在很大程度上改变了煤体的层理结构，产生新的裂隙和滑面，层理更加混乱，煤质变

5、软，煤层由层状体变为碎裂体、松散体，降低了煤体的抗压强度，在外力作用下更易发生片帮。（6）工作面伪斜超前开采对煤壁片帮影响较大。大采高工作面在回采过程中，为防止下滑，往往都形成下道伪斜超前上道进行回采，增大了仰采角度，煤体下滑趋势增加，同时煤体下滑时，失去了下方煤体的阻挡，片帮更易实现。5 预防措施针对以上对煤壁片帮、冒顶现象机理分析的各种因素的影响，我们在回采过程中应采取以下有针对性的预防措施：（1）增大并保持综采液压支架的初撑力和工作阻力。初撑力和工作阻力小，支架不能有效支护工作面顶板的重量，上覆岩层的重量将由煤壁承担，增大了煤壁的压力。我们采取移架后保压35秒，确保支架初撑力和工作阻力达到设计要求。（2）合理设计工作面割煤高度。工作面所用支架型号ZY10000/26/55，适用于采高在2.6m5.5m之间，根据我矿工作面地质条件，煤厚平均在4.8 m，因此我们设计采高在4.5 m，直接顶垮落后不能超过采高的1.5 倍，不能有效地减轻老顶对煤壁的压力，煤壁高降低后，下部煤体受的压力也相应加大，增加了煤壁的片帮机率。（3）合理布置工艺流程，控制顶板下沉剧烈程度。滞后煤机后滚筒46m开

6、始移架，移架时尽可能地采取带压擦顶移架，移架时做到快降快移快支，减少顶板的下沉量，避免煤壁产生过多的裂隙，以控制煤壁片帮、掉顶程度的增大。（4）选择合理的伪斜超前开采长度。根据工作面的平均倾角，尽可能地减小工作面仰采角度，使煤壁有片帮趋势的煤体受到阻挡，目前煤层倾角平均为1025，工作面伪斜开采长度控制在512米左右，使仰采角度不大于5 ，能有效地防止片帮。（5）增设防片帮煤滚下的挡矸帘。煤壁溜子老塘侧每10架悬挂一副挡矸帘，阻断煤体片帮煤块的去路，人员尽可能地站在挡矸帘后操作或作业。（6）保持煤壁平直，加强顶板压力观测和地质预测预报，做到超前防范。煤机割煤后要求煤壁平直，不留伞檐，降低煤壁的片帮机率；积极进行矿压观测和周期来压预报，及时采取提高支架的初撑力和工作阻力等防范措施；同时加强工作面地质预报，临近断层等地质构造前，适当降低工作面采高，加快工作面推进速度，减少煤壁片帮的机率。（7）选择合理的割煤顺序与移架步距。根据采煤理论，形成一个椭球体，并结合现场大量经验，采取由上而下采煤，并在地质构造带及周期来压期间，以使顶板能充分进行充填采空区，减小煤壁的压力。（8）片帮冒顶严重的区域进行煤帮锚固。工作面冒顶时通过打32mm长2.8米的园钢锚固顶煤进行强固顶板，片帮严重区段采取木锚杆加固，锚杆规格为18mmX1800mm，锚杆布置为三花眼，间距800mm，顶眼距顶300mm，底眼距低1000mm，每个循环施工一次，直到工作面采过冒顶片帮区。6 结论通过以上片帮、冒顶机理的分析，基本对大倾角综采面片帮的原因清楚了，并结合实际，提出的防范措施在我矿7222综采面得到了进一步的验证，为实现安全高效地生产提供了理论基础。4

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