1、大采高工作面片帮冒顶原理及防治措施 应用 李克 内蒙古利民煤焦有限责任公司 摘 要： 本文分析大采高综采工作面片帮冒顶的原理和相互关系。 针对内蒙古利民煤焦有 限责任公司煤矿011604 大采高综采工作面, 从地质条件、工作面管理和矿压 等方面剖析引发片帮冒顶的原因, 提出大采高工作面片帮冒顶防治措施, 简述 该矿采用架棚配合注浆控制片帮冒顶方案, 保证了工作面安全回采。 关键词： 大采高; 片帮; 冒顶; 架棚; 注浆加固; 作者简介：李克 (1989-) , 男, 内蒙古呼和浩特市人, 2012年毕业于呼伦贝尔 学院采矿工程专业, 助理工程师, 现任内蒙古利民煤焦有限责任公司综采队副 队长
2、, 从事采掘技术管理等工作。 Roof caving principle of large mining height working face and its prevention measures LI KE Abstract： In this paper, the principle and the relationship between the roof caving and caving in fully mechanized mining face with large mining height are analyzed. According to the Inner Mong
3、olia Limin coking limited liability company of coal mine 011604 fully mechanized mining face, analyzes the causes of roof from geological conditions, mine pressure and working face management, put forward high mining working face for collapse prevention and control technology, the coal mine adopts t
4、he shed roof with grouting control scheme, to ensure the work safety mining. Keyword： Large mining height; The roof caving; Cavingg; The shed roof; Routing; 1 大采高工作面片帮冒顶原理 综采工作面回采后, 上覆岩层受煤层采动影响产生移动, 导致应力重新分布并 达到新的平衡, 形成了以煤壁为支点的悬臂, 导致煤壁及距煤壁一定距离范围 内煤体和顶板受压破损, 裂隙大量发育, 煤岩层疏松, 当工作面进入该地段, 煤壁无法承载应力强度, 工作面产
5、生片帮。 煤壁片帮冒顶深度和范围反映了煤壁稳定性和煤壁受支撑压力的大小。 受剪切滑 移和张性断裂形成的煤壁片帮形式有三种, 如图1所示, 一是煤壁上部片帮, 二是全煤壁片帮, 三是煤壁片帮及上部顶板冒落。 图1 大采高工作面煤壁片帮形式示意图 下载原图 对于大采高工作面来说回采过程较正常工作面复杂, 引起工作面片帮冒顶因素 众多, 比如矿压、采高、煤质、顶板破碎程度等地质因素, 又如采煤机截深、工 作面长度、工作面推进速度、工作面仰俯角度、支架支护强度和护帮板结构等工 作面管理方面因素, 以及受煤层采动影响而引起的应力分布产生的矿压效应。 2 大采高工作面片帮冒顶相互关系 大采高工作面煤壁片帮
6、和冒顶是相互影响的过程, 煤壁的片帮使支架顶梁端与 煤壁间的端面距增大, 空顶距离变大, 从而引发端面冒顶, 同时端面的冒顶增 大了煤壁无水平约束高度, 加剧了煤壁片帮, 引起片帮与冒顶恶性循环, 片帮 与冒顶同时恶化了支架对围岩支护作用。 研究片帮和冒顶相互影响的关系, 对大 采高工作面煤壁稳定性研究具有重大的意义。 3 大采高工作面片帮冒顶原因分析 内蒙古利民煤焦有限责任公司煤矿的011604大采高综采工作面为5.6m大采高 综采工作面, 在由切眼回采至125m处时, 工作面中部30#100#支架段煤壁发生 较为严重的煤壁上部片帮, 片帮深度1.8m, 35#70#支架段端面顶板冒顶, 冒
7、落 高度2m, 顶板较为破碎, 片帮冒顶较为严重。 3.1 地质因素分析 (1) 现场观察, 该区域处于背斜地质构造带, 工作面坡度增大, 顶板较为破碎。 (2) 地质资料显示该处煤厚由5.4m变为7.5m, 而工作面起底速度慢, 6.3m支架 超高使用, 支架失去对顶板有效支撑。 3.2 工作面管理方面因素分析 (1) 工作面前期受设备故障等多因素影响, 推进速度慢, 加剧了周期来压强度。 (2) 工作面中部段滞后, 导致该段顶板压力集中, 加剧冒顶和片帮。 (3) 工作面前滚筒割煤后, 未能及时追机移架, 端面顶板空顶时间长, 空顶面 积大。 (4) 在发生轻微片帮的初期时, 未及时在割煤
8、前超前拉移支架控制片帮冒顶, 导致支架前梁顶板冒顶, 端面距大, 冒顶范围逐渐向两端扩散。 (5) 在管理支架时, 一方面部分支架架形不正, 支架仰角过大, 支架前梁端与 顶板形成线接触, 另一方面部分支架错差、 倾斜, 有倒架趋势, 引起部分支架两 立柱受力不均衡, 对顶板支护效果差。 3.3 矿压因素分析 (1) 在线 PM32矿压检测系统分析, 工作面推进至该段时处于周期来压段, 顶板 压力大, 直接顶大面积断裂, 工作面来压。 (2) 支架立柱压力传感器数据显示发生片帮冒顶前该段部分支架初撑力和工作 阻力低。 图2 工作面支架压力实时柱状图 下载原图 4 片帮冒顶防治措施 对于大采高工
9、作面来说, 合理的布置工作面支架即能支护顶板, 又能释放工作 面来压。 4.1 合理布置支架支护阻力 合理的支架支护阻力, 能够减小工作面超前煤壁与顶板受压范围, 缓解片帮和 冒顶, 根据现场实践经验, 支架初撑力不足是造成工作面片帮冒顶的重要原因 之一, 可通过以下几个方面防治片帮冒顶: (1) 加强矿压观测与数据分析, 掌握直接顶、 基本顶周期来压特性, 便于在来压 前调整工作面。 (2) 来压期间快速推进工作面, 减少超前煤壁与顶板支撑压力影响范围, 降低 支撑压力对超前煤壁与顶板的破坏。 (3) 避免在周期来压期间停产检修, 影响来压期间推进速度, 同时停产检修尽 量在煤层较薄, 采高
10、低, 顶板较好地段进行。 (4) 及时对支架补液, 避免初撑力不足。 对于自动化电液控工作面, 可适时调整 自动补液参数, 避免自动补液加剧顶板破碎, 同时补液设置压力不宜过大, 也 可采用人工补液。 4.2 减小煤壁和顶板暴露面积与实践 根据现场实践经验, 减小煤壁和顶板暴露面积和时间, 在空间和时间上形成不 间断支护也可降低工作面片帮冒顶范围: (1) 紧跟采煤机前滚筒追机擦顶移架。 (2) 移架后及时伸出伸缩梁和护帮板, 采用多级护帮板支护煤壁和顶板。 (3) 割煤时, 超前采煤机前滚筒 1架单个收回护帮板, 严禁超前成组收回。 (4) 移架时, 边收回伸缩梁边向前移架, 配合好移架与收
11、伸缩梁在时间和空间 中的关系。 4.3 确保工作面支架布置架形 (1) 加强工作面工程质量管理, 做好“三直一平”, 减小因工程质量因素引起 的工作面应力集中。 (2) 调整好支架架形, 杜绝出现台阶架、 错差架及俯仰角过大现象, 提高支架支 护质量。 (3) 在顶板已破碎冒落的地段, 可在支架顶梁上部架设木垛或钢梁, 使支架接 顶。 (4) 在顶板破碎冒落段两端可补打加强锚索, 防止冒顶范围向两端扩大, 维护 顶板的完整性。 (5) 在顶板较为破碎、 片帮冒顶较为严重时, 可采取局部架棚配合注浆固结碎顶 煤壁, 保证工作面快速通过破碎地段。 4.3 片帮冒顶防治措施应用 根据以上片帮防治措施
12、, 011604工作面采用了架棚配合顶板、煤壁注浆技术 加固防治工作面片帮冒顶, 实现了快速通过破碎地段, 方案如下: 图3 注浆示意图 下载原图 (1) 在工作面冒顶段支架架缝正对位置, 即顶梁高度处, 沿煤壁斜向上方向施 工长锚索, 锚索外露端与支架连接, 张紧锚索, 同时为了防止支架顶梁端面冒 顶及顶板注浆时注浆液流失, 在相邻锚索间成排架设半圆木棚。 (2) 在支架顶梁及顶梁端面上部顶板充注高黏结性充填型化学材料 (美固367) , 对支架顶梁上部一定范围内碎石之间裂隙进行封堵和粘接以及对冒顶后形成的 空间进行充填而形成加固的假顶。 (3) 在超前工作面破碎、裂隙发育煤壁及顶板充注马丽
13、散超前加固。 5 结论 (1) 细致地阐述了大采高工作面片煤壁片帮、顶板冒顶发生的机理及煤壁片帮、 顶板冒顶相互影响之间的关系。 (2) 从地质、工作面管理和矿压三个方面分析了011604工作面发生片帮冒顶 的原因, 并提出了相应的治理措施。 (3) 根据提出的治理措施在011604工作面采用架棚配合顶板、煤壁注浆技术 治理工作面片帮冒顶, 工作面快速通过破碎地带。 参考文献 1杜计平.采矿学M.中国矿业大学出版社, 2009. 2钱鸣高.矿山压力与岩层控制M.中国矿业大学出版社, 2010. 3王茂林.综采工作面实用技术M.煤炭工业出版社, 2012. 4屠世浩.厚煤层大采高综采理论与实践M.中国矿业大学出版社, 2012.
