采煤工作面煤壁片帮影响因素研究.pdf

1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 采煤工作面煤壁片帮影响因素研究 刘洪伟 1 ,刘卫方 2 1. 肥城矿业集团公司 曹庄煤矿,山东 泰安271000; 2.肥城矿业集团公司 梁宝寺煤矿,山东 济宁272400 摘 要通过理论分析和现场实测,研究了采高、 支架工作阻力、 煤体破裂角及节理面倾角、 老顶回转角和停采时间 等对采煤工作面煤壁片帮的影响。 关键词片帮;采高;支架工作阻力;煤体破裂角;老顶回转角 中图分类号TD823 文献标识码A 文章编号1008 - 8725200610 - 0136 - 02 Study on Influence Factors of Rib Fall of Coal Wall in Mining Workface LIU Hong - wei 1 , LIU Wei - fang 2 1. Caozhuang Coal Mine , Feicheng Coal Group Co. Ltd , Tai’an , 271000 ,China;2.Liangbaosi Coal Mine , Feicheng Coal Group Co. Ltd , Jining , 272400 ,China Abstract Based on theory analysis and practical survey in testing ground , had studied influence factors such as caving height , work resistance of supports , coal seam rupture angle , main roof rotary angle and stopping min2 ing time. Key wordsrib fall ; caving height ; work resistance of supports; coal seam rupture angle ; main roof rotary an2 gle 0 引言 煤体在未开采前,处于原始应力条件下,应力保持相对 平衡,煤体呈现一定的相对连续性。当煤体开采后,煤壁附 近煤体应力平衡遭到破坏,水平应力迅速减小,由于开采引 起的支承压力作用垂直应力迅速增大,使煤体产生新的节 理、 裂隙,即开采引起的次生裂隙发育,煤壁处于不稳定状 态。随着老顶的周期性断裂来压,煤壁会在节理裂隙最发育 的地方最先受到破坏,当支承压力达到一定值后,煤体加剧 破坏,从而造成煤壁片帮[1]。影响煤壁片帮的主要因素有 正。可采取分别给予生产区、 准备区的甲烷、 二氧化碳涌出 量汇总结果一定的修正系数,系数应由未布置测点的采掘工 作面数、 采掘面瓦斯涌出情况等综合进行分析确定。 2分合测点瓦斯参数反映相继性影响的修正。可积极 利用自动监测参数修正分合测点参数在时间反映上的偏差, 即在确保自动监测参数可靠的情况下,从监测曲线的连续反 映中找出测点正常生产时刻的参数值用以淘汰或修正分合 测点参数,使参数接近或基本接近于相关区域正常生产时刻 的参数值。 3鉴定时间局限引起鉴定结果偏差的修正。可利用瓦 斯监测日报、 瓦斯监测曲线、 通风月报表等日常资源修正鉴 定结果。瓦斯监测日报和监测曲线适时反映了矿井瓦斯参 数,通风月报表参数源于现场瓦斯实际情况和矿井日常风量 分配情况等,它们均是矿井通风、 瓦斯参数系统性的、 全面性 的反映,鉴定时,应大胆从中查找通风、 瓦斯参数变化的联系 和规律,修正鉴定结果。 4减小人为误差和监测系统误差等。 7 鉴定依据的科学性探讨 矿井瓦斯鉴定通常以矿井的瓦斯涌出量包括绝对和相 对瓦斯涌出量和历史上曾发生的煤岩与瓦斯突出动力现 象作为划分依据,这种划分存在某种弊端,即当矿井没有发 生过煤岩与瓦斯突出动力现象时,矿井只需按矿井瓦斯涌 出总量符合的瓦斯等级进行管理,因此,对于矿井瓦斯涌出 总量符合低瓦斯等级要求而存在有高瓦斯区域的矿井也仍 需按低瓦斯矿井进行管理,这显然对矿井存在的高瓦斯区域 放松了管理要求,不利于矿井的安全管理和瓦斯管理,也不 利于指导矿井瓦斯治理各项工程的顺利开展。因此矿井瓦 斯鉴定等级应以采掘工作面、 采区、 一翼、 矿井的最大瓦斯涌 出量和矿井历史上曾发生的煤岩与瓦斯突出动力现象作 为划分依据,只有基于正确划分依据上的瓦斯鉴定结果才能 更具安全指导意义。 8 结语 瓦斯鉴定是一个庞大的系统工程,只有精心组织、 统筹 安排、 标准明晰、 方法得当、 科学鉴定才能确保鉴定结果准 确、 可靠,也才能科学规划、 超前防范,确保相关工程项目的 顺利实施和开展。 参考文献 [1] 国家安全生产监督管理局,国家煤矿安全监察局 1 煤矿安全规 程[M]1 北京煤炭工业出版社,20041 收稿日期2006 - 07 - 06;修订日期2006 - 08 - 14 作者简介刘洪伟1969 - ,男,山东聊城人,肥城矿业集团公司曹庄煤矿技术科长,主要从事煤矿生产技术管理工作,Tel 023 - 65239380 ,13709425791。 第25卷第10期 2006年10月 煤 炭 技 术 Coal Technology Vol125 ,No110 Oct ,2006 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 采高、 支架工作阻力、 煤体破裂角及节理面倾角、 老顶回转角 和停采时间等。 1 采高对煤壁片帮的影响 现场开采实践证明,当加大工作面的采高时,工作面顶 板压力随之增大,煤壁前方支承应力集中程度也随之增大, 从而加剧工作面煤壁片帮和冒顶。肥矿集团梁宝寺煤矿在 2702工作面 Ⅱ2级顶板条件下,进行大采高一次采全厚综采 实验时,通过矿压观测,得到煤壁片帮深度C与工作面实际 采高H的关系,如表1所示 表1 片帮深度与采高H的变化关系 HΠm123456 CΠmm64147.92624266811 140 C增长倍数2.31.71.621.591.66 从图1可明显看出,片帮深度随着实际采高的增大而呈 非线性地增加,当采高超过一定值后,煤壁片帮深度急剧增 加。由于大采高综采工作面煤壁片帮问题十分突出,使得一 些大采高综采工作面不得不采取一些专门的煤壁加固措施, 增加了大量的辅助工作量,导致工作面产量降低,成本增加。 所以,采高是煤体片帮主要影响因素之一。 图1 煤壁片帮与采高的关系 2 支架工作阻力对煤壁片帮的影响 根据赵宏珠等人的研究[2],总结出煤壁片帮与支架工作 阻力的关系如下式所示 C 636.72 - 127Pm 式中 C 煤壁片帮深度; Pm 支架最大工作阻力。 由图2可以看出,随着支架工作阻力的增大,可使煤壁 片帮深度呈反比减少,支架工作阻力的大小对煤壁片帮深度 有明显影响,加大支架工作阻力,可以改善煤壁完好状态,如 无其他因素影响,当支架工作阻力达5. 01MNΠ 架,在 Ⅱ1～4顶 板条件下,煤壁片帮现象将基本消失,煤壁保持完整。 图2 煤壁片帮与工作阻力的关系 3 煤体的破裂角及节理面倾角对煤壁片帮 的影响 煤层顶板压缩煤壁,随着顶板的周期性垮落,在超前支 承压力的作用下,工作面前方的煤体裂隙比较发育。在围岩 压力一定的情况下,随着节理面倾角的增大,煤体的破坏程 度逐渐增加。当节理面倾角增大到β 45φjΠ2 ,其中φj为 内摩擦角,此时破裂面上的剪应力取得最大值,所以该断面 最容易破坏。但是,如果破裂面与节理面平行,破坏部分之 间在垂直应力的作用下,节理面将闭合,由于节理面之间摩 擦力的存在,则煤体还能承受部分荷载,一般不会导致煤壁 片帮,只会引起节理贯穿。如果破裂面与节理面不平行而形 成一定的夹角,破裂面则会与节理面相割,使支承压力高峰 区的煤体形成块状结构,由于煤壁前方存在自由面,块状煤 体则会在水平拉应力的作用下挤出煤体,形成煤壁片帮。 4 老顶回转角对煤壁片帮的影响 在工作面的推进过程中,老顶会发生周期性运动,已破 断岩块要产生回转失稳变形失稳现象,从而导致工作面顶 板的急剧下沉,这种运动将迫使直接顶发生变形及破断。由 于老顶回转角的不同,在直接顶形成的拉断区上部及压缩 塑性变形区煤壁及端面处的情况也不一样。将老顶相同 转角下所产生的破坏区连起来,就形成了老顶回转对直接顶 的剪切破坏带,该带的位置与老顶的断裂位置有关,在这里 值得特别指出的是压缩破坏区内岩体的块度及排列状态,将 决定煤壁是否能片冒下来,而裂隙的密度在很大程度上决定 着端面处煤体的块度。 通过以上分析,在支承压力作用下已处于塑性破坏区内 的煤体,在老顶回转作用下迫使顶煤产生位移,同时由于节 理面与老顶回转引起的剪切破坏带方向一致,使工作面前方 煤体呈碎裂块体状态,面 面接触整齐排列,这种状态下煤 体的抗剪能力大大降低,如果煤体节理面倾角较大,两面之 间的摩擦力变小,更使煤壁难以控制,因此老顶来压期间是 煤壁及端面处于最难控制的时期。 5 停采时间对煤壁片帮的影响 由综采面矿压观测结果可知,顶板的下沉量随着顶板的 周期性垮落,停采时间成正比,停采时间越长,顶板的下沉量 越大,对煤壁及端面区直接顶的压缩破坏越严重;同时,由于 节理面不可能是绝对平整的,在两面相对位移量较小时,凹 凸不平处的相互咬合作用,使两节理面之间的摩擦力增大, 当两面位移量较大时,这个作用就会失去,表现为沿节理面 的大位移量,使工作面出现台阶下沉,或严重片帮,所以工作 面停止推进,也是导致煤壁片帮的一个主要原因。 6 结语 通过分析采高、 支架工作阻力、 煤体破裂角及节理面倾 角、 老顶回转角和停采时间等对采煤工作面煤壁片帮的影 响,认为随工作面采高的增加,煤体的破坏深度呈指数分布; 随工作阻力的增加,煤体的破坏深度呈线性减小;随着节理 面倾角的增大,煤体的破坏程度逐渐增加;老顶回转角和停 采时间也对煤壁片帮产生重要影响。 参考文献 [1] 夏均民.大采高综采围岩控制与支架适应性研究[D]1 青岛山 东科技大学,20041 [2] 赵宏珠.液压支架工作阻力[M]1 徐州中国矿业大学出版社, 19881 第10期 刘洪伟,等采煤工作面煤壁片帮影响因素研究 137