大采高工作面采高合理性研究及煤壁片幫防治

1、<p>　　大采高工作面采高合理性研究及煤壁片幫防治</p><p>　　[摘 要]為了確定陽煤一礦S8310大采高綜采工作面的采高，對該工作面15#號(hào)煤進(jìn)行采高設(shè)計(jì)，通過數(shù)值模擬分析得出，隨著割煤高度的增大，煤壁最大水平位移逐漸增大。因此，考慮到該礦井的具體條件，確定其工作面開采高度為6.5m，實(shí)踐效果良好。采煤工作面的高度不斷增加，伴隨而生的大采高工作面煤壁片幫問題越來越嚴(yán)重。煤壁片幫不但影響煤礦的

2、正常生產(chǎn)，而且給礦井帶來了很大的安全隱患。因此，研究大采高綜采工作面的片幫防治技術(shù)具有很重要的意義。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]大采高綜采面 采高合理性 煤壁片幫 </p><p>　　中圖分類號(hào)：P618.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）03-0004-01 </p><p><b>　　1 概況 </b>

3、</p><p>　　陽煤一礦丈八三采區(qū)S8310工作面為15#號(hào)煤首個(gè)大采高自動(dòng)化綜采工作面，該工作面井下位于南條帶三采區(qū)東部，東部為南條帶二采區(qū)，南部為二采區(qū)S8211工作面（未掘），西部為S8309工作面（未掘），北部為S8308工作面（未掘）。S8310工作面走向長1084m，工作面傾斜長度為220m。工作面地質(zhì)儲(chǔ)量210萬t，可采儲(chǔ)量182萬t。該工作面內(nèi)15號(hào)煤層總厚度最大6.90m，最小6.35m，

4、平均厚度6.51m，煤層傾角3～12°，平均6°，煤層賦存穩(wěn)定，構(gòu)造相對簡單。煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，賦存3層不穩(wěn)定夾石，其中上夾石厚度0.14m左右，中部夾石0.12m左右，下部夾石0.14m左右。直接頂平均抗壓強(qiáng)度55MPa，老頂105MPa，直接底65MPa。在巷道掘進(jìn)過程中，揭露了5條與工作面走向斜交或正交的斷裂構(gòu)造。 </p><p>　　2 大采高綜采可行性分析 </p>&l

5、t;p>　　2.1 地質(zhì)條件分析 </p><p>　　陽煤一礦井田內(nèi)15#煤層為全井田穩(wěn)定煤層，地質(zhì)條件較簡單。S8310工作面煤層厚度6.35～6.90m，平均6.51m，煤層傾角3°～12°，平均6°，為近水平煤層，從全礦井15#煤層等厚線圖中可以看出煤層厚度絕大部分在6.5m之上，適合布置大采高綜采工作面。 </p><p>　　2.2 開采技術(shù)

6、分析 </p><p>　　大采高成功的關(guān)鍵在于煤幫控制和支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。解決該問題的途徑在于通過對煤層結(jié)構(gòu)的分析，研究控制煤幫和保證支架穩(wěn)定性的合理支架結(jié)構(gòu)，尤其要加強(qiáng)護(hù)幫板的作用，增加護(hù)幫高度。從煤層賦存條件和煤層結(jié)構(gòu)分析，本工作面15#煤層厚度6.35～6.90m，平均為6.51m，煤層傾角一般在10°以下，煤厚傾角變化小，煤質(zhì)中硬，普氏系數(shù)f為2.1，裂隙比較發(fā)育，埋深在560m左右，大采高條

7、件下煤壁穩(wěn)定性較差，局部地段有夾矸時(shí)有利于煤壁的穩(wěn)定性。從厚煤層大采高綜采的實(shí)踐來看，工作面煤壁不可避免的存在片幫現(xiàn)象，但通過采取一定措施，完全能夠?qū)崿F(xiàn)大采高綜采。綜上，通過對大采高綜采現(xiàn)狀的調(diào)研和工程類比分析，認(rèn)為該煤礦15#煤層與S8310工作面采用大采高綜采是可行的，與綜放開采相比將產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益。 </p><p>　　2.3 采高合理性確定 </p><p>　　在大采高條件

8、下，采高對煤壁穩(wěn)定性的影響十分顯著，為進(jìn)一步分析15#煤層采用大采高綜采的可行性，在相關(guān)分析的基礎(chǔ)上，對15#煤層不同采高情況下的煤壁穩(wěn)定性采用FLAC3D數(shù)值模擬軟件進(jìn)行擬研究。根據(jù)該礦井提供的地層綜合柱狀圖建立模型。煤巖層物理力學(xué)參數(shù)按實(shí)驗(yàn)室測定數(shù)據(jù)給定，沒有試驗(yàn)數(shù)據(jù)的巖層屬性按巖性的平均取值給定。針對15#煤層的地質(zhì)條件，假定液壓支架支護(hù)強(qiáng)度為1.2MPa，割煤高度分別為4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0m，根

9、據(jù)數(shù)值模擬所得的不同割煤高度下煤壁的水平位移，做出割煤高度與煤壁片幫深度關(guān)系圖，如圖1。 </p><p>　　煤壁片幫深度隨采高的變化由圖1可見，隨著割煤高度的增大，煤壁最大水平位移逐漸增大。當(dāng)割煤高度在5.5m以下時(shí)，煤壁片幫深度隨采高呈線性遞增，增速很快，當(dāng)采高超過5.5m后片幫增速下降。總體來說，采高越大，工作面煤壁片幫越嚴(yán)重。而大采高綜采工作面煤壁片幫是不可避免的，煤壁片幫顯現(xiàn)程度受采高、面長、煤壁前方

10、支承壓力分布、支架護(hù)幫裝置、初撐力和工作阻力、基本頂來壓強(qiáng)度、工作面推進(jìn)方向、支架頂梁接頂程度、梁端距大小、煤層硬度和煤壁暴露時(shí)間長短等因素影響。S8310工作面首次采用大采高綜采，片幫控制難度大，工作面采高設(shè)計(jì)為6.5m，通過設(shè)計(jì)合理的支架和回采工藝，可有效控制煤壁片幫深度，以保證正常生產(chǎn)，正常情況下，割煤高度6.5m。當(dāng)遇到構(gòu)造和煤質(zhì)松軟地段，可適當(dāng)降低采高，以減少片幫深度。當(dāng)遇到煤層厚度超過6.5m地段，可留底沿頂回采。 <

11、/p><p>　　3 煤壁片幫機(jī)理及防治技術(shù) </p><p>　　3.1 煤壁片幫機(jī)理 </p><p>　　從理論的角度來分析煤壁出現(xiàn)片幫的原因，主要有如下幾點(diǎn)：開采高度、支撐壓力和基本頂回轉(zhuǎn)、支架工作阻力、裂隙變化規(guī)律及煤壁力學(xué)特征等。在實(shí)際的煤礦開采過程中，采高增加，將會(huì)增大采動(dòng)裂隙發(fā)育程度和塑形區(qū)變形范圍，使煤體強(qiáng)度明顯降低，進(jìn)而增大了片幫出現(xiàn)的概率。理論上片

12、幫程度與支架工作阻力之間的變化趨勢是相反的，也就是說適當(dāng)加大工作阻力是有益的。工作面前方的煤體是一種在力學(xué)上具有的不連續(xù)性和有條件的轉(zhuǎn)化性的具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體，可以看出，除與節(jié)理本身的力學(xué)性質(zhì)有關(guān)外，還與節(jié)理與主平面的交角有關(guān)。隨著變化情況的不同，煤體的強(qiáng)度也有所不同。煤壁片幫破壞形式主要有：剪切滑移和張性斷裂。結(jié)合本礦煤層結(jié)構(gòu)，煤層較松軟，推測煤壁片幫主要形式為剪切滑移。 </p><p>　　3.2 工作面

13、片幫防治技術(shù) </p><p>　?。?）提高支架初撐力和支護(hù)阻力。對于大采高開采來說，支架合理支護(hù)阻力既要能夠支撐頂板、抵抗住頂板來壓，又要能夠緩解煤壁壓力，減緩甚至抵消煤壁片幫，高阻力可以減小煤壁處壓力，保證工作面前方煤壁塑性區(qū)控制在較小的范圍內(nèi)，有利于緩解煤壁片幫。 </p><p>　?。?）安裝支架護(hù)板，處于大采高工作面的煤體的塑性工作區(qū)內(nèi)，在支承壓力的作用下會(huì)發(fā)生一定的水平位移

14、，因此會(huì)受到護(hù)幫板的抑制作用，使煤壁片幫出現(xiàn)的概率大大減小。 </p><p>　　（3）加快工作面推進(jìn)速度。加快工作面推進(jìn)速度，可以減少超前支承壓力的影響范圍、減少支承壓力對煤體的作用時(shí)間及降低煤壁損傷程度，從而可以減小煤壁片幫程度。 </p><p>　?。?）改變煤體性質(zhì)來防治煤壁片幫。提高煤壁的黏聚力和抗剪強(qiáng)度。有關(guān)研究表明，注水可使工作面前方大幅度卸壓、塑性區(qū)寬度增大，煤體被壓縮

15、、彈性能得到了釋放。隨著注水壓力、注水范圍的增加，工作面前方煤體集中應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移，卸壓帶加長、卸壓帶內(nèi)應(yīng)力值降低幅度增大、工作面前方煤層壓縮率增大，塑性區(qū)加寬。 </p><p><b>　　4 結(jié)論 </b></p><p>　?。?）通過對大采高綜采現(xiàn)狀的調(diào)研和分析，認(rèn)為陽煤一礦礦井15#煤層及S8310工作面采用大采高綜采是可行的，有助于實(shí)現(xiàn)礦井的高產(chǎn)高效，具

16、有明顯的濟(jì)效益。 </p><p>　?。?）運(yùn)用FLAC3D數(shù)值模擬軟件對7種采高方案模擬分析，結(jié)果表明，不同采煤高度下煤壁片幫深度不同，隨著割煤高度的增大，煤壁最大水平位移逐漸增大?？紤]到該礦井的具體條件，6.5m的采高對該礦井進(jìn)行大采高綜采是合理可行的。 </p><p>　?。?）介紹了大采高工作面煤壁片幫的機(jī)理及表現(xiàn)形式，提出了防治煤壁片幫的幾種技術(shù)及建議，為提高該礦井大采高工作

17、面煤壁的穩(wěn)定性奠定理論基礎(chǔ)。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 侯代亮.大采高綜采面煤壁片幫分析與控制[J].陜西煤炭，2011（3）：64-66. </p><p>　　[2] 高志杰.采煤工作面煤壁片幫機(jī)理及防治技術(shù)[J].山西煤炭管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，11. </p><