中硬煤層放頂煤時(shí)的頂煤運動(dòng)與放煤步距分析

2006年第5期中州煤炭總第143期中硬煤層放頂煤時(shí)的頂煤運動(dòng)與放煤步距分析職強軍(三門(mén)峽市煤炭管理局,河南三門(mén)峽472000)摘要:中硬煤層放頂煤開(kāi)采時(shí)的頂煤運動(dòng)規律是水平位移與垂直位移的一個(gè)復合運動(dòng)。對中硬煤層(硬度系數2-3)放頂煤開(kāi)采時(shí)頂部煤層的運動(dòng)形態(tài)進(jìn)行了分析,提出了確定中硬煤層放煤步距的基本思路。關(guān)鍵詞:中硬煤層;綜采放頂煤;頂煤位移;放煤步距中圉分類(lèi)號:TD325文獻標識碼:B文章編號:1003 - 0506(2006)05 -0020 -02綜采放頂煤工作面具有生產(chǎn)能力大效率高、設時(shí)礦山壓力作用下同時(shí)進(jìn)行的,因此,頂煤運動(dòng)的結備投資少等優(yōu)越性,已在全國許多礦得到廣泛應用。果是煤體向二者的合成方向做復合整體移動(dòng)。根據實(shí)踐證明,對放頂煤過(guò)程及其生產(chǎn)工藝主要參數的實(shí)測, 頂煤移動(dòng)-般在距煤壁前方3~ 10 m處開(kāi)始，研究,是指導其生產(chǎn)實(shí)踐的理論基礎。對這些基礎直至采空區側。理論的認識,有利于提高放頂煤采出率及增加設備在中硬煤層綜采放頂煤工作面,頂煤前方的一的利用率。因此,從理論上研究綜采放頂煤過(guò)程及側是原生煤體,后方一側是冒落區的自由面。頂煤其主要參數對回采的影響,對于完善和發(fā)展綜采放在礦山壓力的作用下,由于前、后方約束力不同將失頂煤技術(shù)有著(zhù)十分重要的意義。去平衡,頂煤將向采空區的自由面方向做水平位移，而水平位移又使頂煤中大量的原生裂隙面連貫起1頂煤運動(dòng)狀態(tài)分析來(lái),出現大體平行于煤壁的垂直裂隙。垂直位移主1.1 頂煤的移動(dòng)要是由頂煤自重引起的,越靠采空區側,垂直位移越在中硬煤層條件下進(jìn)行綜采放頂煤開(kāi)采時(shí),頂大。由于垂直位移的作用,使頂煤產(chǎn)生離層。為了煤在上覆巖層作用下以原生裂隙面開(kāi)始產(chǎn)生分塊沉研究方便,將圖1中中硬煤層頂煤運動(dòng)形態(tài)簡(jiǎn)化成降效應,從而引起頂煤的移動(dòng)。根據現場(chǎng)觀(guān)測及有如圖2所示。在圖2中,中硬狀態(tài)的頂煤基本處于關(guān)資料分析,中硬煤層頂煤沉降效應帶來(lái)的頂煤移完整塊狀形態(tài)。隨著(zhù)工作面的開(kāi)采,頂煤在礦山壓動(dòng)狀態(tài)如圖1所示。由圖1可以看出,頂煤從工作力的作用下沿AB線(xiàn)向采空區側滑移,位于A(yíng)B線(xiàn)左面前方一定距離開(kāi)始至采空區側的運動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了側的頂煤在煤壁及頂板的約束下，雖受到一些采動(dòng)變化,即頂煤朝著(zhù)采空區方向做水平運動(dòng)和垂直影響,但能保持頂煤的整體延續性。而AB線(xiàn)右側方向做下沉運動(dòng)。水平運動(dòng)和下沉運動(dòng)是在開(kāi)采的煤體位于工作面煤壁及放頂支架之上,支架受壓而產(chǎn)生收縮,煤體移動(dòng)沿原生裂隙面切割成不連續體。就頂煤內部壓縮應力值來(lái)說(shuō),AB線(xiàn)左側接近最mt大應力值,而右側趨近于零。這就是說(shuō),由于應力差值變化很大,AB線(xiàn)實(shí)際為受壓煤體的壓縮邊界線(xiàn)。im tmF中國煤化工圖1頂煤移動(dòng)狀態(tài)示意MHCNMH(收稿日期: 2006-07 -19作者簡(jiǎn)介:職強軍(1956-),男,河南溫縣人,工程師,1981年畢業(yè)圄2中硬煤層頂煤 的運動(dòng)簡(jiǎn)化圖于焦作礦業(yè)學(xué)院，長(cháng)期從事煤炭生產(chǎn)管理及科研工作。2006年第5期職強軍:中硬煤層放頂煤時(shí)的頂煤運動(dòng)與放煤步距分析總第143期整個(gè)頂煤以AB線(xiàn)為分界線(xiàn)分為2個(gè)部分。AB滑移體,而二次松動(dòng)過(guò)程則是頂煤從放煤口放出周?chē)€(xiàn)右側即工作面煤壁放頂煤支架上的煤體之所以有發(fā)生的松動(dòng),即頂煤先形成放煤橢球體,隨著(zhù)頂煤的向采空區方向水平運動(dòng)和垂直方向下沉運動(dòng)的趨放出又形成松動(dòng)橢球體,松動(dòng)橢球體范圍內的煤巖勢,最主要原因是頂煤在A(yíng)B滑移線(xiàn)產(chǎn)生剪切載荷。隨著(zhù)放煤的進(jìn)行將發(fā)生移動(dòng),形成放煤漏斗。.當滑移角與頂煤垮落角相同時(shí),支架上方的頂煤重松散煤體經(jīng)放煤口放出后,松散體內瞬時(shí)形成力將分成2個(gè)力,即:一橢球體,內層橢球體表面顆粒冒落后,外圍橢球體F = Qsina(1)表面顆粒立即充填形成新的松動(dòng)空間，即放煤橢球N = Qcosa體,如圖3所示。其中,Q為滑移線(xiàn)右側頂煤的重力;a為頂煤垮落角;F為剪切力;N為側壓力。松動(dòng)橢球體在式(1)、式(2)中,當工作面地質(zhì)條件確定時(shí)，放煤橢球體中硬煤層的垮落角a一般為定值,所以剪切力F及脊背損失側壓力N主要與頂煤所受重力有關(guān)。如果頂煤破放煤門(mén)裂面凹凸不平的咬合及剩余的微弱結組合為殘氽抗剪力用[τ]表示,則當頂煤殘余抗剪力[r]大于剪切力F時(shí),頂煤狀況表現為趨于完整,此時(shí)不利于放圄3放煤步距煤;當殘余抗剪力[r]小于剪切力F時(shí),頂煤狀況表現為偏移錯位,即向采空區水平運動(dòng)和垂直方向下2放煤步 距的確定沉運動(dòng),此時(shí)頂煤出現溝裂狀況,利于放煤。1.2頂煤的破碎影響中硬煤層頂煤采出率的因素較多,除采礦在綜采放頂煤工作面向前推進(jìn)時(shí),頂煤的整體地質(zhì)條件、煤層賦存狀態(tài)、支架類(lèi)型外,放煤步距也性發(fā)生一系列變化。首先沿原生裂隙面微裂發(fā)展,十分重要。放煤步距與中硬煤層松散冒落過(guò)程有然后形成大的裂隙。在礦山壓力作用下,中硬煤層關(guān),在確定放煤步距時(shí),必須考慮支架的結構、放煤內部的剪力或拉應力超過(guò)其中硬的強度極限而逐漸口位置和頂煤冒落角及松散體的活動(dòng)規律(圖3)。破裂,形成不規則的破碎體被放出。理論及生產(chǎn)實(shí)踐證明,合理的放煤步距應大于2倍實(shí)驗室的模擬實(shí)驗證明,在綜放工作面,由于煤的放煤橢球體短軸半徑(b,),并小于2倍的松動(dòng)橢層的采出,煤壁前方將產(chǎn)生應力集中,形成支承壓.球體短軸半徑(b2)。過(guò)大或過(guò)小都不利于放頂煤。力。在中硬煤層條件下,應力集中系數K值為2~放煤步距大,混矸少,但兩放煤口間脊背損失大,采3,而水平應力集中相對較小，因此,產(chǎn)生的剪應力使出率低;放煤步距過(guò)小，兩放煤口間脊背損失少,但頂煤強度降低?；祉范?影響煤質(zhì)。在支承壓力的作用下,頂煤中形成了大量的裂放煤步距一般與移架步距相同或成整數倍關(guān)隙,這些裂隙隨著(zhù)工作面的推進(jìn)逐漸發(fā)育。由于裂系。對于截深為0.6m的工作面,一刀一放,兩刀一隙發(fā)育,煤體內摩擦力降低,約束被解除,頂煤發(fā)生放或三刀一放的放煤步距分別是0.6,1.2,1.8 m?？迓?。頂煤從最初的整體連續狀態(tài)到放出的松散塊放煤步距的大小一般受頂煤冒落步距的制約。體結構,是一個(gè)裂隙產(chǎn)生和發(fā)展的過(guò)程。隨著(zhù)工作當放煤步距與頂煤冒落步距相等時(shí),放煤與頂煤冒面的逐漸推進(jìn),頂煤將依次由完整連續狀態(tài)轉變?yōu)槁渫瑫r(shí)進(jìn)行,有利于提高頂煤采出率;當放煤步距大裂隙發(fā)育和破碎狀態(tài),最后再被放出。完成這樣一于頂煤冒落步距時(shí),不利于頂煤采出率的提高,因為個(gè)完整過(guò)程所經(jīng)過(guò)的距離叫做頂煤的冒落步距。此時(shí)支架放煤口提前進(jìn)入下一循環(huán)頂煤冒落體內，1.3頂煤的放 出即在中國煤化工不易冒落,而后方模擬實(shí)驗表明,原來(lái)處于中硬狀態(tài)的頂煤經(jīng)移的煤HCNMHG后方采空區側的矸動(dòng)和破碎后,位于支架掩護梁上的頂煤可視為松散石中，從間降低木田牛;三雙保少距小于頂煤冒落步體,這些頂煤在放出時(shí),需要一次松散和二次松動(dòng)過(guò)距時(shí)也不利于頂煤采出率提高,原因是初始時(shí)支架程。一次松散過(guò)程是移架后頂煤冒落形成的松散煤放煤口后方的頂煤超前冒落,(下轉第23頁(yè)).21.2006年第5期陳紹東:新義煤礦采用綜采放頂煤工藝的技術(shù)分析總第143期生產(chǎn)、高產(chǎn)高效,最終達到一礦一面,實(shí)現礦井經(jīng)濟開(kāi)采前,對煤層預注水,使煤體預先濕潤,以減少采利益的最大化。掘時(shí)浮游煤塵的產(chǎn)生,降塵率一般在60% ~ 90%;3.2綜采放頂煤開(kāi) 采工藝的安全性分析在工作面采煤機割煤、放頂煤、運輸和轉載煤炭時(shí),綜采放頂煤工藝具有單產(chǎn)高、效率高、成本低、采取噴霧灑水措施,能有效防止煤塵飛揚;同時(shí),應搬家次數少等諸多優(yōu)勢,但其增加了放煤工序,加大加強通風(fēng)排塵,并選用防塵口罩,以加強勞動(dòng)人員的了一次開(kāi)采的厚度將分層開(kāi)采2 ~3次采出的煤炭個(gè)體保護措施。-次性采出,使得采煤工作面的瓦斯涌出、煤塵產(chǎn)生(3)綜采放頂煤工作面的頂板控制。綜采放頂和頂板控制等問(wèn)題復雜化,必須采取一系列的安全煤工作面采用液壓支架控制頂板,較炮采的單體支技術(shù)措施,才能保證綜采放頂煤開(kāi)采的安全,實(shí)現礦柱增加了支護面積,增大了工作阻力,提高了支架的井高產(chǎn)高效。穩定性,改善了工作面的安全環(huán)境。根據工作面支(1)綜采放頂煤工作面的瓦斯治理技術(shù)。新義架選型的經(jīng)驗公式,液壓支架的工作阻力一般大于煤礦為高瓦斯礦井,隨著(zhù)綜采放頂煤工作面產(chǎn)量的6~8倍采高的巖石重力,初步估算新義煤礦液壓支提高和采動(dòng)范圍的增加,瓦斯涌出量也隨之加大,治架的工作阻力應在3 500 kN以上。由于本礦井煤理煤層瓦斯的安全措施也需及時(shí)跟上。開(kāi)采前,對層厚度變化較大,采煤工作面常常在放煤與不放煤工作面圈定的煤體進(jìn)行瓦斯預抽;放頂煤開(kāi)采時(shí),產(chǎn)狀態(tài)之間轉換。實(shí)踐證明，綜采放頂煤開(kāi)采比綜采生的冒落裂隙帶較高、空間大,瓦斯易于積聚,采用的支承壓力分布范圍大,峰值點(diǎn)前移。因此,應在一高位鉆孔和高位巷及時(shí)抽放采空區及工作面上隅角般液壓支架選型的基礎上,增加支架前柱的工作阻瓦斯。同時(shí),應盡量加大工作面風(fēng)量,沖淡生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)力,以便使支架的工作阻力作用線(xiàn)接近頂板載荷的生的瓦斯;在工作面設置瓦斯自動(dòng)報警斷電儀、安全作用線(xiàn)，以減少支架的偏轉,保持支架的穩定性。監測系統等,以便持續測定瓦斯濃度,及時(shí)采取安全4礦井生產(chǎn)中須注意的問(wèn)題措施。(2)綜采放頂煤工作面防塵治理技術(shù)。本礦井根據礦井煤層情況和開(kāi)采技術(shù)條件,礦井采用開(kāi)采的二，煤煤層較厚,主要以粉狀及鱗片狀產(chǎn)出,綜采放頂煤開(kāi)采技術(shù)后,應加強工作面采空區的瓦為低水分煤，易于產(chǎn)生煤塵,且煤塵具有爆炸危險斯抽放,積極研究因煤層瓦斯較高而制約工作面的性。綜采放頂煤工作面采煤機高速切割煤體、放頂推進(jìn)速度;應不斷探索因煤層厚度變化較大形成的煤等會(huì )產(chǎn)生大量的煤塵,煤炭裝載.轉載、卸載、運輸頂底板起伏,并由此影響工作面液壓支架的穩定性過(guò)程中也要產(chǎn)生一定量的煤塵。煤塵的大量產(chǎn)生不問(wèn)題。雖然綜采放頂煤開(kāi)采技術(shù)目前已較為成熟，但影響礦井的安全生產(chǎn),而且危及井下工人的健康。但在-一個(gè)礦井應用時(shí)總會(huì )出現新的不同的問(wèn)題,還所以,在生產(chǎn)和運輸過(guò)程中應采取綜合防塵措施,最須在生產(chǎn)實(shí)踐中進(jìn)一- 步研究,進(jìn)一步完善,以期實(shí)現大限度地減少煤塵產(chǎn)生。目前,防治工作面煤塵的礦井的高產(chǎn)高效和安全生產(chǎn)。有效措施主要有煤層預注水和噴霧灑水。在工作面(責任編輯:秦愛(ài)新)(上接第21頁(yè)) 也混人采空區側矸石中,放煤口較小。如果設L為放煤步距,Lm為頂煤冒落步距，前方的頂煤滯后至下一循環(huán)中,當支架放煤口進(jìn)入按上述分析可有如下判別式存在:當Lp=L_時(shí),利下一循環(huán)時(shí),與頂煤步距大于頂煤冒落步距情況相于頂煤采出率的提高;當L>L_或L,