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采煤工作面断层处灾害机理及防治 采煤工作面断层处灾害机理及防治浅析采煤工作面断层处灾害机理及防治摘要随着煤炭产量的日益提高，工作面的推进速度逐步加快，但断层威胁也日趋严重。断层处存在的顶板冒顶、突水、瓦斯突出三大矿下灾害，犹如三只老虎拦住了工作面的推进，同时也是三座大山压在了工人身上。本文初步系统分析了三大灾害的形成机制，提出了防治的有效措施。关键词 断层 顶板冒顶 突水 瓦斯突出 防治 1 概述最近几年，我国经济蓬勃发展，人民生活水平显著提高，对能源的需求也呈现出前所未有的迫切。据统计，我国2006年一次能源产量为22.1亿t标准煤，2007年产量为25.369亿t标准煤。其中煤炭占据主导地位，2006年产量突破23亿t，预计2010年突破25亿t，2020年突破30亿t，而煤炭市场仍然保持供不应求的局面。煤炭企业抓住大好时机，加产促产，工作面推进呈加速状态。工作面的加速推进，使各种地质灾害的威胁相对加重。其中断层及其附带的顶板冒顶、突水、瓦斯突出尤为严重。它们或单一或综合发生，严重制约了井下工人的生命安全保证和矿井的正常生产。2006年，煤矿死亡率为2.81人/百万t；2007年煤矿死亡接近4000人。其中断层诱发的伤亡占据不小的比例。针对断层及其危害的产生机理，采取有效的措施进行必要的控制和治理势在必行。工作面遇断层的顶板冒顶主要有压垮型、漏冒型和综论文网http// 工作面断层处冒顶机理及控制在煤矿生产过程中，回采工作面遇有落差大于采高的走向断层，可以断层为界，将工作面分为上下二段，开掘中间联络巷进行回采。对于回采工作面遇有断层落差大于采高的斜断层，则要另掘开切眼，使其搬到新工作面再进行回采。在平推硬过过程中，断层上盘或下盘受采动影响，失去“铰接”状态而呈现整体滑移。其压力不是直接作用在工作面前方煤体和采空区矸石上，而是给予支架比正常来压要剧烈的压力显现；断层往往附带破碎带，在采动影响下，其漏冒的危险性加大。因此，必须根据现场实际情况制定控制措施，提高安全系数。2.1冒顶机理1、断层处压垮型冒顶机理断层的切割，使支架上部处于周期来压的顶板提前或迟缓性整体滑移下沉，致使支架工作阻力不能及时满足，造成压跨支架事故。示意图见图1。（1）工作面正常推进，直接顶和老顶周期性垮落。此时前面已经存在断层，由于断层两盘间滑移，使老顶周期破断垮落推迟。（2）工作面继续推进，逐渐接近断层，而支架前方的煤体脆性破裂，失去对顶板的支持力，使支架受力在短的时间内增大，论文网http// 图1（a）工作面正常推进图1（b）顶板滑移下沉，支架压坏图2 顶板中游离岩块漏冒 从而整体失稳，受采动或周围岩体破裂影响而运动导致压垮组合漏冒的综合型冒顶。2.2控制措施任何控制措施都需要现场技术工人具体地实施，需要充分发挥工人主动积极性，需要加强现场科学管理和问责制的监督。1、为预防工作面断层处发生压垮型冒顶事故，应采取下列措施（1）采场支架的支撑力应能平衡最不利情况下垮落带直接顶及老顶岩层的重量。（2）采场支架的初撑力应能保证直接顶与老顶之间不离层（专门试验表明，当支架初撑力足够大时，可令直接顶沿放顶线切断而不在煤壁处断裂，从而可保证直接顶与老顶之间不离层）。（3）采场支架可缩量应能满足裂隙带老顶最大下沉的要求。以上措施正是综采工作面控顶设计中有关预防压垮型冒顶的重要原则。2、预防断层处漏冒型冒顶的措施（1）工作面采用掩护式、支撑掩护式液压支架。（2）大面积漏冒在液压支架支护工作面不易出现，主要出现在工作面与巷道接替处。为此，应加强端头支护，严禁端头局部漏冒。可运用端头支架，或者锚杆密集支护。（3）靠煤壁附近局部冒顶的预防与控制①提高支架初撑力使端面冒高不超过300 mm；②采用及时支护的移架方式（采煤机割煤后先移架再推移输送机），并令端面距不超过340 mm；③当采高大于2.5～3.0 m时，支架应带护帮装置，以免煤壁片帮扩大无支护空间；④过断层破碎带时，应对破碎直接顶注入树脂类粘结剂使其固化，以防止冒顶。3、预防断层处综合类型冒顶综采工作面主要怕遇到长度大于5 m的平行于工作面的断层。此时，支架若有较大的富裕阻力，工作面可照常推进；若无，应让工无耻悲鄙下流的网学,网总是抄六,维,论文“网作面与断层斜交，或挑顶。预防这类冒顶，可综合采取以上两种类型的防治措施。总上，在制定冒顶防治措施时，应加强现场监测，科学预报；科学设计选用有足够初撑力和工作阻力的支架；带压移架。2.3综采工作面断层论文网http// 表1 21202工作面参数序 号项 目单 位数 值1采 高m3.802周期来压步距m11.503控顶距m44端头距mm3005垮落带直接顶岩层平均体积力kN/ m3256煤层倾角8 一、漏冒型冒顶的控制措施具体措施参见2.2中的内容，这里不再赘述。二、压垮型冒顶的控制措施1.确定垮落带高度①可以用下式（一）来判别进入裂隙带的老顶岩层。 公式（一）式中 由下而上第 层老顶岩层（基础岩层）的厚度，m； 由下而上第 层老顶分层的厚度，m； 煤层采高，m； 老顶及其附加岩层的岩石图3 阳泉某矿煤层柱状图 碎胀系数，取1.15～1.33；直接顶厚度，m；直接顶岩层的岩石碎胀系数，取1.33～1.5。由柱状图可以判定第一层老顶为细砂岩，厚度为4.24 m， 4.24 m；直接顶可划分为三个分层， 5.49 m； 取1.15； 1.33； 3.80 m。代入公式（一）可得当 1时公式右边3.80-5.49（1.33-1）23.99（m）≥3.69，所以第一层老顶已经进入裂隙带。所以，垮落带高度为5.49 m由于第一层老顶上覆0.11 m煤层，在支架反复支撑过程中，容易引起老顶离层破断。②支架的工作阻力应能支撑住工作空间及采空区上方垮落带岩层的重量设前方有一断层平行于工作面，则考虑最不利情况，即取两倍的周期步距。见示意图4。在综采工作面中，为支撑垮落带岩重，支架所需工作阻力 可按公式（二）计算。 公式（二） 式中 每架支架所控制的工作面长度，取1.5 m/架； 垮落带直接顶岩层平均体积力，25 kN/ m3； 垮落带直接顶厚度，5.49 m； 直接顶岩梁长度，等于端面距、支架顶梁和前梁长度之和与直接顶岩层在支架后的极限悬顶长度（页岩取1.0 m），5.1 m； 垮落带中该老顶及其附加岩层的平均体积力，25 kN/ m3； 垮落带中该老顶及其附加岩层的厚度，4.35 m；垮落带中该老顶的岩块长度，23 m；煤层倾角，8。1728[1][2][3][4][5]下一页