紫金煤业6101工作面顶煤冒放性分析(1).pdf

1582018 年第 6 期 紫金煤业 6101 工作面顶煤冒放性分析 侯彦斌 （山西煤炭运销集团晋中紫金煤业有限公司，山西 晋中 030600） 摘 要 影响工作面顶煤冒放性因素较多，主要由煤层开采地质条件决定。因此本文根据紫金煤业 6101 工作面煤层地质 赋存条件，采用模糊评判法，主要从开采深度、煤层厚度及硬度、煤体裂隙发育程度、煤层顶板岩性及厚度等方面，进行 隶属度评价分析，并对顶煤冒放性进行评价。 关键词 模糊评判法 煤层地质 隶属度评价 中图分类号 TD823.49 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2018.06.067 Analysis on Cavability of Top Coal of 6101 Working Face of Zijin Coal Industry Hou Yan-bin Jinzhong Zijin Coal Industry Co., LTD., Shanxi Coal Transportation and Marketing Group, Shanxi Jinzhong 030600 Abstract There are many factors influencing the top coal caving of working face, which are mainly determined by the geological conditions of coal mining. So this article, based on the coal bed geological occurrence conditions of 6101 working face of Zijin Coal Industry, using the fuzzy uation , analyzed membership uation from such aspects as the mining depth, seam thickness and hardness, degree of coal fracture, lithology and thickness of roof etc., and the cavability of top coal is uated as well. Key words fuzzy uation coal seam geology membership uation 收稿日期 2018-01-25 作者简介 侯彦斌（1975-），男，山西左权人，中级工程师，2016 年毕业于中国矿业大学研究生学院，矿业工程领域，工程硕士，现 在山西煤炭运销集团晋中紫金煤业有限公司任机电副总工程师，主 要从事采矿工程工作。 1 紫金煤业 6101 综放工作面地质概况 山西煤炭运销集团晋中紫金煤业有限公司 位于榆次区城北约 20km 处的乌金山镇东蒜峪一 带，隶属乌金山镇管辖。其地理坐标为东经 11246′22″11251′29″，北纬 3737′45″3752′29″。 井田面积 22.7831km2，矿井生产能力 1.2Mt/a。6 号 煤层开采深度 118148m，工作面上方地表为山区 丘陵，地应力较大，煤层厚度约 5.6m。6 号煤层赋 存于二叠系山西组地层下部，根据巷道掘进资料及 钻孔柱状图，局部煤层下部含 0.020.05m 炭质泥岩 夹矸。6 号煤普氏硬度（f）在 23，工作面原始瓦 斯含量为 8.4475m3/t，属高瓦斯工作面，6101 工作 面回采过程中预测最大涌水量为 120m/h，正常涌 水量为 5080m/h。 表 1 围岩及其特征表 顶板 名称 岩石名称厚度（m）岩石描述 老 顶泥岩～粉砂岩3.39.7 深灰色，致密，含星点 状白云母，具斜层理， 裂隙发育，产植物根茎 化石。 直接 顶 泥岩～砂质泥岩1.101.70 浅灰～黑灰色，致密细 腻，具贝壳状断口。上 部含粘土质，下部产少 量植物化石。 直接 底 细粒砂岩～粉砂岩1.03.39 深灰色，致密，含星点 状白云母， 夹泥质条带， 具微波状层理，裂隙发 育，产羊齿类等植物化 石。 老 底泥岩～细粒砂岩1.87.56 黑灰色，薄层状，性脆， 致密， 夹大量砂质条带， 显水平层理发育，下部 含少量菱铁质结核。 2 紫金煤业 6101 综放工作面生产概况 紫金煤业 6101 综放工作面采用走向长壁、后 退式大采高低位放顶煤一次采全高全部垮落式综合 机械化采煤法。本工作面切眼斜距长 292m。煤层 平均厚度 5.6m，工作面采高 3.20.1m，循环进度 0.8m，顶煤平均厚度 2.4m，割煤回收率为 98，放 1592018 年第 6 期 煤回收率为 92，一采一放为一个循环，循环产量 为 1018.3（t）, 放顶煤产量 675.8（t）。 工作面采用端部割三角煤斜切进刀，进刀距离 45m。推溜采用液压支架推溜千斤顶以支架为支点 向前推移大溜，移架则以大溜为支点，采用液压支 架推溜千斤顶回收时向前移架；推溜、移架均以本 架操作方式进行。采用分段多轮顺序放煤法，放煤 步距为 0.8m，即一刀一放，顶煤从正规 2架开始 向后溜放煤，工作面的采放比为 10.75。 3 紫金煤业 6101 综放工作面冒放性分析 工作面顶煤冒放性分析主要分为 2 步（1） 根据矿井煤层地质情况， 选取隶属度评价指标； （2） 计算矿井隶属度指标，并对矿井开采技术进行评价 [1-3]。 3.1 紫金煤业 6101 综放工作面冒放性隶属度指标 影响放顶煤冒放性的主要因素是地质因素即煤 层赋存条件。而煤层赋存条件对顶煤冒放性的影响 主要体现在煤层开采深度、煤层厚度及强度、煤层 结构及完整性、 顶板岩性强度及厚度等几个方面 [4-5]。 因此本文采用模糊隶属度评价法，对 6 号煤冒放性 进行分析。 表 2 综放工作面冒放性指标 H/R10.115.015.120.020.130.030.140.0 μ10.70.80.850.9 直接顶类别 Ⅰ （不稳定） Ⅱ （中等稳定） Ⅲ （稳定） Ⅳ （非常稳定） 初次放顶步 距（m） ≤ 881818323250 μ20.90.80.70.4 老顶级别Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级Ⅳ级 Pmo＜ 440440520520620＞ 620 DH＜ 80.580.5128.4128.4188.3＞ 188.3 μ30.40.60.70.8 采 放 比10.51111.511.52124 μ40.70.90.850.6 煤体强度 （MPa） 111516202130＞ 30 节理裂隙间 距 d 0.190.300.310.400.410.47＞ 0.47 μ50.850.80.50.3 夹矸层厚度 （mm） ＜ 100100200200300＞ 300 μ610.80.50.1 夹矸层强度 （MPa） ＜ 1010202030＞ 30 μ710.80.40.2 表 3 顶煤冒放性影响因素权重分配 因素权重 Ai H/Rc A10.23 直接顶级别A20.12 老顶级别A30.10 采放比A40.14 煤层节理裂隙间距A50.14 夹矸层厚度A60.12 夹矸层强度 Rc A70.15 3.2 紫金煤业 6101 综放工作面冒放性隶属度指标 （1）采深与煤层强度之比值与隶属度值 μ1H/Rc12.6815.91（ 工 作 面 采 深 取 118148mm，参考 S2108 工作面 Rc取 9.3MPa）， 所以 μ10.8。 （2）直接顶岩性与隶属度值 该工作面直接顶初次垮落步距为 815m，直接 顶类别为Ⅱ类，μ20.8。 （3）老顶级别与隶属度值 老顶初次来压时的循环末阻力 Pmo305.671.7M1.67Lo-25.3N 305.671.73.21.6730-25.3 （2.483.2） 533.94kN/m2 DHL0-15.2N42.9M 30-15.22.482.442.93.2 136.59kN/m2 式中 Pmo- 老顶初次来压时的循环末阻力，kN/m2； DH- 老顶来压强度当量，kN/m2； M- 采高，取 3.2m； N- 直接顶充填系数，即直接顶厚度 h1与采高 M 的比值； L0- 老顶初次垮落步距，2530m，取 30m。 根据分级基础，520 ＜ Pmo≤ 620，128.4188.3， 老顶属于Ⅲ级，μ30.70。 （4）采放比与隶属度值 工作面采煤高度为 3.2m，放煤高度为 2.4m， 采放比为 10.75，工作面煤体强度取 f2.5，查表 2 可知，μ40.70。 （5）煤层节理裂隙间距 d 与隶属度值 根据该矿 6 号煤的情况，暂按 9.3MPa 考虑， 查表 2.1 可知，μ50.9。 1602018 年第 6 期 危险发生的可能性。在巷道掘进时可以不改变掘进 方向，在“凸顶”旁边直接开挖巷道。 当“凸顶”面积在 25100m2时，采用注水软 化和煤层爆破卸压相结合的方式，对不规则区域进 行卸压处理，直到监测指标都不超限。 当“凸顶”面积大于 100m2时，采用煤层爆破 卸压和采空区顶板深孔断顶的方式卸压。实践证明， 煤层爆破卸压和采空区顶板深孔断顶相结合能有效 地降低孤岛面不规则区域的应力。 5 结论 本文综合运用了以钻屑法监测、应力监测、围 岩变形监测相结合的冲击地压监测技术。通过对巷 道布置在孤岛工作面不同位置时的冲击地压危险性 进行分析，可确定孤岛工作面回采巷道布置位置。 （上接第157页） （6）夹矸层厚度与隶属度值 根据地质资料，该工作面 6 号煤层一般含 1 层 夹矸，厚约 0.05m，且夹矸位于煤层下部，不影响 顶煤冒放，μ61.0。 3.3 紫金煤业 6101 综放工作面冒放性评价 综放工作面冒放性评价指标 u 采用指标 权 重系数，然后进行累加。根据煤矿相关规程，通常 u 大于 0.8，适宜综放开采，工作面回采率满足规程 规范；u 在 0.650.8，中等程度适宜综放开采，应 取某些针对性措施，使得工作面回采率满足规范要 求，u 在 0.65 以下不适宜综放开采。 紫金煤业 6101 工作面顶煤整体冒放性的隶属度 u ∑ Aiui 0.230.80.120.80.10.70.140.70.1 40.90.121.00.151.00.84，u 值处于 0.80.9 之 间，该工作面顶煤冒放性好，适宜采用放顶煤开采。 综上分析，设计认为本工作面煤层顶煤冒放性 好，适合采用综采放顶煤开采。 4 结论 本文以紫金煤业 6101 综放工作面为研究背景， 主要从 6 号煤赋存地质特征角度出发，通过隶属度 分析法，对综放工作面冒放性进行分析，得出以下 结论 （1）煤层硬度变化较大，在实际生产过程中， 应注意加强放煤口管理，采用专职放煤工，保证放 煤口顺畅。 （2） 工作面属于高瓦斯工作面， 地质构造复杂， 区域内有小断层构造，在实际生产中，应加强支护 同时加强瓦斯监测，防止瓦斯集聚。 （3）工作面涌水量较大，顶板淋水现象严重， 一方面对工作面生产运输系统、轨道运输系统产生 不利影响，另一方面恶化工作面生产环境，不利于 安全生产。在煤矿生产过程中，应加强工作面水文 地质条件勘察，对工作面回采范围内涌水量大小、 分布及导水裂隙带特征进行论证分析，保证井下安 全生产。 （4）工作面回采范围内有 4 条隐伏小断层， 断层落差在 0.61.2m 之间。在实际回采过程中，工 作面过断层应考虑断层对瓦斯、工作面涌水及顶板 稳定性影响，保证过断层期间的安全生产。 【参考文献】 ［1］ 周凤燕.朝克乌拉矿综放开采顶煤冒放性研究[D]. 辽宁工程技术大学 ,2011. ［2］ 霍丙杰 . 复杂难采煤层评价方法与开采技术研究 [D]. 辽宁工程技术大学 ,2011. ［3］ 周光华.特厚煤层大采高开采技术研究及应用[D]. 西安科技大学 ,2010. ［4］ 董永夏 , 吕海军 , 张金玉 , 等 .5m 厚煤层一次采全 高实现高产高效 [J]. 东北煤炭技术 ,19960530-33. ［5］ 冯正尧 . 倾斜长壁大采高综采及配套技术 [J]. 煤 ,2005,14048-10. 采用设计合理的推采速度，在不规则区域或高应力 区实时降低推进速度，利于能量的有序释放，可降 低冲击危险性。提出了间歇式开采、确定了间歇式 开采的解危手段。 【参考文献】 ［1］ 贺广零 , 黎都春 , 翟志文 , 等 . 采空区煤柱 - 顶板 系统失稳的力学分析[J].煤炭学报,2007,329897- 901. ［2］ 王宏伟 . 长壁孤岛工作面冲击地压机理及防冲技 术研究 [D]. 中国矿业大学 北京 ,201153-74. ［3］ 姚庆华 . 孤岛煤柱冲击地压危险性评价研究 [D]. 山东科技大学 ,200621-36. ［4］ 于正兴 , 姜福兴 , 桂兵 . 冲击地压危险性的宏观评 价方法在“孤岛”工作面的应用 [J]. 矿业安全与 环保 ,2011,38530-32.