高级工程师综采(放)工作面预防冒顶

1、高级工程师综采(放)工作面预防冒顶摘要：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：高级工程师,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

2、煤层和8号煤层。7号煤层位于山西组中下部，上距下石盒子组底局部界砂岩约60m，下距8号煤层0.3034.0m之间。煤层两极厚度为1.197.97m，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06.54m，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027.83m。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1.813.5m，平均煤厚5.53m。工作面采用

3、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，2022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0.42.0m。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，给平安生产带来很

4、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

5、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。其破坏准那么为Rt2Kp/H，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。3.2剪切破坏对于软煤层而言，在煤体自重及顶板压力作用下，在煤壁内也会产生横向的拉应力，但是软煤层的横向及蠕动变形会释放或缓解由于压缩而产生的横向拉应力，最终由于煤壁内的剪应力大于抗剪强度而发生剪切滑动破坏。实际的剪切滑动面大局部为曲面，由于煤壁高度和片帮高度不大，可简化为如图1所示：图1煤壁剪切破坏示意图按照莫尔-库仑强度理论，破坏准那么可表述为沿着剪切面的抗剪力D减去该面上的滑动力S，假设该值小于0，那么煤壁发生剪切破坏，平安余量G为：(1)式中，C为煤体黏聚力;为煤体内摩擦角;N为剪切面上的法向力;S为剪切面上的剪力;h为剪切面破坏高度;q为顶板载荷集度;为

6、剪切面与煤壁的夹角.N，S是由顶板压力和破坏体自重两局部组成的.顶板压力p=qhtan.滑动体自重W=h2tan/2，其中为煤体容重.由莫尔-库仑理论得到=45-/2，N=(p+W)sin，S=(p+W)cos.代入式(1)，得煤壁剪切破坏准那么G=Chsec+(qh+h2/2)(sintan-cos)tan0.上述煤壁片帮机理分析说明，无论是煤壁的拉裂破坏还是剪切破坏，主要与煤体的顶板压力、抗剪强度、煤体性质有关，减小煤壁压力、改变煤体性质、提高煤体抗剪强度是防止煤壁片帮的主要途径。4工作面联合支护技术控制软煤综采(放)面端面片帮事故的关键在于:如何确定影响因素中的关键因素，并实施相应的治理措施，基于片帮机理分析及控制原那么，结合该类问题实践经验，提出以下煤壁片帮及抽顶控制途径。(1)空顶是造成冒顶的主要原因，为了有效地控制顶板，工作面支架全面铺设金属网，采煤机过后，及时移超前架，减轻了煤壁的承受的压力。(2)对容易片帮的地方，坚持原有的方法煤壁上打木锚杆，防止片帮。每循环打一次.一般锚杆间排距为1.0m，外加300mm200mm50mm的木托板。(3)当片帮、空顶现象仍得不到控制的

7、情况下，采用30mm3000mm的铁刹杆沿支架前梁前方与煤壁成70打入煤壁，末端用支架前梁托起，在刹杆之间用半圆木接实，起到瞒顶的作用;支架前放片帮面积较大时用工字钢结合铁刹杆和半圆木、单体联合对煤壁和顶板进行超前支护。(4)对煤体松软区域进行主动支护，预先对煤体进行加固，减小煤体中的裂隙，同时利用锚杆的预紧力将松散的煤体结合在一起，起到整体加固的方法，通过特殊加工的20mm2500mm和20mm3000mm树脂螺纹钢锚杆自支架前梁上方或相邻支架之间对煤壁成450角打入煤壁，利用锚固剂搅拌凝固，起到对煤体的加固作用。如图2所示：图2锚杆加固支护(5)采用瑞米加固I号高分子材料对煤壁进行加固，即可把松散的煤体固结成整体防止片帮，并可加强煤壁的整体支撑力，减少顶板空顶面积，有效地控制顶煤冒落，为工作面的正常回采创造平安的生产条件。如图6所示：5应用效果综放面端面冒高和片深、片帮范围密切相关，为检验徐庄煤矿综放面煤壁新控制方案的效果，对工作面进行了观测(在工作面布置了5个观测点)，记录端面顶板冒高及煤壁片深、片帮范围的变化情况。自实施新片帮控制方案以来，煤体裂隙有了明显的好转，同时在没有使用树脂螺纹钢锚杆之前经常发生冒顶的区域的顶板呈现出近视完整的状态，保障了在正常回采时的平安生产，同时也大大降低了劳动强度，既保证了煤炭资源的有效回收，同时降低工作面在正常回采中的平安隐患。6结论松软煤层煤壁片帮是制约该类煤层高效生产的主要因素.防止极软煤层煤壁片帮的主要思路是减缓煤壁压力和提高煤壁的黏聚力与抗剪强度。控制软煤综放面煤壁的稳定，一方面应重视“煤壁支架间的相互作用关系，将顶板、煤壁和支架视为一个完整的体系，实现整个工作面围岩的有效控制;另一方面采用联合支护方式，加强煤体黏聚力，防止煤壁易片帮区域中的“滑动面失稳。

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