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24122 倾角 工作面 压力 过大 原因 分析
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24122 大倾角综采工作面压力过大原因分析 张 朋 (新疆焦煤集团 1890 煤矿,新疆 乌鲁木齐 830025 ) 摘要: 从常理看,大倾角工作面随着倾角增大,顶板压力就会逐渐变小,但特殊情况下, 大倾角工作面压力会增大, 而顶板压力过大会引起煤壁片帮,煤壁片帮是形成“飞矸“的主 要因素, “飞矸”的危害性是众所周知的事 。对特殊情况下大倾角工作面压力过大原因的分 析,可根据原因采取相应的措施,从而避免或减少“飞矸“,最终可增加工作面的安全性。 关键词: 大倾角; 综采工作面;“飞矸“;压力; 中图分类号: C35 文献标识码: A 0 前言 24122 综采工作面从生产以来,工作面压力一直较大,造成工作面煤壁片帮严重,导致 “飞矸”增多,并且由于煤壁片帮块度大,还需将煤块砸碎,从而影响生产。就此发生的原 因,现做具体分析。 1 工作面概述 24122 工作面位于一采区 4#煤层西翼,其上部部分为 14221 工作面采空区( 2004 年已 开采完毕)。工作面开切眼位于 15#沟西帮,两顺槽均位于艾维尔沟河以南,并在河床保护 煤柱以外。矿区地表为荒山,艾维尔沟河在地面沿工作面北部流过,回采对地表设施无影响。 工作面采用全部垮落法管理顶 板。工作面走向长 960m,倾斜长度 98m,倾角 38— 41 度(平 均 39 度)。煤层赋存稳定,厚度在 2.19— 3.13m 之间,夹矸 1— 2 层,夹矸厚度 0.05— 0.5 米之间,平均厚度 0.3 米,伪顶厚度 0.4— 0.6 米。煤岩特征表如下: 时 代 分组 主状图 厚度( m) 名称 岩性描述 侏 罗 纪 八 道 湾 组 8.5 老顶 中砂岩、灰白色,以石英为主, 层理不明现。 8.4 老顶 粗砂岩、灰白色,以石英为主, 坚硬,裂隙发育。 0.28 直接顶 砂砾岩硅质胶结,坚硬块状流 圆好,分 选性差。 2 煤 含 1— 2 层夹矸 0.35 直接底 灰质泥薄层状。 2.11 老底 粉砂岩、致密块状、下部粗砂 岩层理清晰。 2 煤壁片帮原因分析 造成此种现象的原因有多种原因,而造成此现象的直接原因是因 为顶板压力大,主要原因是由于支架支承能力不足(既顶板压力大于支架最大工作阻力)。 众所周知采场支架的受力,是上覆岩层运动的结果,支架受力大 小始终是与其所支撑的岩层范围的重量有关,如超过承载能力后,支架将通过自身的沉缩摆 脱其影响,将超出的部分岩重转移到煤壁和采空区垮落的石块上,因 而造成煤壁深处压力值 增大的现象,应力主要集中在煤壁,煤壁被压疏卸压,自然就易片帮,大块煤增加,由于工 作面倾角大,大块煤从工作面上部滚落造成所谓的“飞矸”,其危害性是不言而喻;如果溜 子正常运行,工作面“飞矸”并不严重,煤块基本顺着溜子到下顺槽的转载机被运走,但由 于有时煤块太大,必须将其砸碎才能运走(由于巷道狭小,没安装破碎机),因此只好停机 处理,这时工作面溜子上的片帮煤由于惯性就会继续向下滚落,形成“飞矸”,进而直接影 响安全生产。从工作面近期测得的数据可知:工作面来压时的压力为 1295KN/根,大于支架 最大工 作阻力 1100KN/根,大于的部分顶板压力自然作用在煤壁上,加上工作面夜班不生产, 顶板下沉量必然增大,压力就自然居高不下,在如此高的支承压力长时间的作用下,煤壁自 然片帮严重。 工作面压力大是目前造成工作面片帮的主要原因。而工作面压力大有众多原因,下面就 此进行分析。 3 压力大的原因分析 众所周知,采掘工作面自开工之日起,工作面就存在支承压力,正是由于它的存在导致 采煤工作面及掘进工作面的压力显现。而支承压力的大小及分布与顶板悬露的面积和时间, 开采深度、采空区填充程度、顶底板岩性、煤质软硬 、采高、地质条件等有关。 3.1 顶板悬露的面积的影响 顶板悬露面积越大,时间越长,顶板压力就越大,而支承压力的 分布范围集中程度也就越大。 24122 综采工作面由于有深孔超前预爆破处理悬顶,故采空区 悬顶面积得以控制,近期看,采空区的悬顶虽然每天都会垮落,但垮落的效果不好,未将采 空区填充满,上覆岩层依然存在压力拱和砌体梁结构,加上夜班未生产,上覆顶板得以进一 步下沉,这也造成工作面在悬顶垮落的情况下,压力依然居高不下的原因。工作面上方由于 有压力拱的存在,拱的两端由煤壁和采空区垮落的矸石支承,而工作面形成的支承 压力主要 集中在前拱脚,并且采空区离层悬露的岩块的重量几乎全由前支承点承担(前支承压力主要 集中在煤壁中)。在顶板悬露面积较大的条件下(主要是指采空区未垮落的上覆岩层)煤壁 片帮自然就会增多。 3.2 顶板悬露的时间的影响 工作面推进速度快就意味着采煤工作面停滞时间短,顶板下沉量相对就会小,一般说, 顶板压力也较小,但由于 24122 综采工作面改为 2 班生产,推进速度慢,这就必然导致采空 区悬顶悬露的时间增长,支承压力增大(尤其是悬顶面积快到垮落步距时)。由于支承压力 的作用,可导致顶板预先下沉,煤壁破碎片帮,在支承压力 的作用下,工作面前方尚未悬露 的顶板已经开始下沉。由公式 SL=η mL(η =0.025— 0.05 为下沉系数, m=2.4m 为采高, L=5m 为控顶距 ),可知 1422 综采工作面顶板下沉量为 300mm 到 600mm,如果在顶板破碎、支架 初撑力过小、顶板淋水增多的情况下,顶板下沉量将会进一步增大,并且顶板比较坚硬、煤 层较厚或较软时,都有可能导致顶板下沉量增大。由于顶板预先下沉可能产生裂隙,因而增 加了工作面和工作面前方区段平巷的压力,在支承压力的作用下,工作面的煤壁产生变形破 坏,导致煤壁破碎片帮成斜面。(平时观测,综采工作面 煤壁片帮较为严重,采煤机割煤时 产生的片帮大块煤较多,在支承压力的作用下煤壁变松软,虽然有利于采煤机割煤,但大块 增多经常导致停机处理大块煤,这对机器寿命有所影响,并也影响正常生产时间,割煤时应 放慢割煤速度),从理论上讲,加快工作面推进速度的结果肯定能减少顶板下沉量,但同时 必然使顶板下沉速度加剧,只有在原先工作面推进速度比较慢的条件下,加快工作面的推进 速度才会对工作面顶板状态有所改善,因此对于工作面现状可适当的加快推进速度。从现场 测得的数据看,正常生产时,工作面压力并不大,即使此时来压,其作用时间也较短,压力 主 要是在夜班上升的,并且作用时间也较长,这样必然导致前支承压力增大,导致煤壁片帮 严重。 3.3 开采深度的影响 开采深度越大,悬露顶板的重量越大,支承压力也越大。并可能造成冲击地压,目前 看综采开采深度对工作面支承压力的影响不算太大。 3.4 采空区填充程度的影响 一般情况下,采空区填充程度越密实,煤壁内支承压力越小,顶 板岩层越坚硬,顶板压力越均匀,支承压力的集中程度就较小,若顶板的裂隙发育,则支承 压力比较集中,影响范围也比较小,底板岩层坚硬,支承压力影响范围大,但集中程度小, 煤质坚硬,支承压力比较集 中,影响范围较小,反之,煤质松软,变形和破坏程度越大,则 支承压力分布范围越大,其集中程度越低。 24122 综采工作面处理采空区采用的是垮落法, 使用这种方法时,在采空区悬顶时,工作面前方支承压力较高,而采空区则较低,当顶板切 落时,则前方支承压力有所降低,而采空区有所增大,但从现场看,悬板垮落时往往不能将 采空区全部填充实,这样工作面在推进,悬顶面积进一步增大,如这时工作面推进速度变慢 就会给顶板进一步下沉的时间,工作面压力自然会一直跟着工作面走,这就是为什么悬顶垮 落后,工作面压力很快又会上升的原因。加上工作面顶板较 为坚硬,悬顶不易垮落,工作面 倾角较大,顶板重力有一下滑分力,悬顶就更不易垮落,自然悬顶面积就大了(主要是上端 头),如果此时推进速度变慢,顶板就会有下沉的时间,工作面压力自然会增大。由于倾角 的存在,工作面采空区垮落的顶板自然会下窜,这样工作面下端采空区就会被填充满,众所 周知在所有的处理采空区的方法中,填充法是矿山压力显现最不明显的方法,而中上部冒落 的矸石滚落的下端就会导致采空区重新悬顶造成来压,这也就是为什么综采工作面压力主要 集中在中上部的原因了;目前从打深孔的钻孔看,顶板裂隙较发育,而且采空区垮落的块度 较大 。裂隙的存在,必然导致残余应力的存在,工作面的支承压力自然比较集中,加上煤质 坚硬,煤壁片帮就必然有所增多。因此有必要修改深孔参数,使悬顶垮落时能填充实采空区, 减小煤壁处的前支承压力,从而控制煤壁片帮程度。 3.5 采高的影响 工作面采高越大,采出的空间越大,必然导致采煤工作面上覆 岩层破坏也越严重,采高越高,在同样位置的老顶可能取得平衡的几率越小;而且在支承压 力的作用下,工作面煤壁也越不稳定,易于片帮,因此,采高越高的工作面矿压显现也越严 重。而 24122 综采工作面采高局部地段控制不好,导致此地段片帮增多 ,加上支架由采高较 高无法接顶或接顶效果不佳,使得上覆顶板离层,老顶有了足够的下沉空间和时间,故导致 工作面局部地段压力显现,因此要控制好工作面的采高,这样可以缓解局部地段工作面压力 增大的现象。 为了保证回采工作面空间的安全,对工作面显现的矿压必须有效地控制,而工作面支 架就是控制矿压的一种结构物。而支架的初撑力显得尤为重要(初撑力是指升架结束的瞬间, 支柱架靠泵压对顶板产生的主动力)。众所周知支柱、支架的工作阻力越接近最大工作阻力, 支柱、支架的效能发挥的就越好。而对于顶板坚硬、来压强烈的顶板,初撑力应较 大,以有 效控制好顶板下沉量,一般初撑力要达到工作面阻力的 75%左右(综采工作面支架工作阻 力为 4400KN)。从近期压力数据看,在正常生产时支架初撑力基本都达到要求,但在中班 结束生产调整支架后,支架的初撑力较小未达到要求。而此时工作面夜班不生产,此时顶板 就有了下沉的时间和空间。压力自然有所上升。从压力数据看,压力基本上是从夜班开始上 升。第二天看,工作面压力自然就大,或在受到采动影响下,未下沉的顶板也有所下沉(支 架接顶效果不佳,使顶板有下沉空间)使工作面压力有所上升,工作面片帮增加。 4 其它因素的影响 工作面倾角大约在 380以上,由于存在下滑分力,煤壁在下滑分 力的作用下,煤壁易片帮。如果伪斜太大,也会造成煤壁片帮增多,目前看,工作面伪斜有 些偏大(下顺槽超前 20m 左右)。支架无法推到位,使前探梁无法对煤壁形成顶力缓解煤壁 片帮的程度。 5 结论 造成片帮的直接原因是因为顶板压力大,主要原因是由于支 架支承能力不足(既顶板压力大于支架最大工作阻力)。 工作面压力大的主要原因是,顶板内部裂隙发育,存在残余 应力,加上采空区垮落不彻底导致上覆岩层悬露面积增大,在工作面推进速度较慢的情况下, 上覆岩层得以有时间下沉 ,其岩石重量全部集中在上覆岩层存在的压力拱的前部,既压力集 中在煤壁中,在前支承压力和残余应力的共同作用下,导致工作面的压力一直较大,煤壁片 帮严重。 作者简介:张朋( 1984.11—— ),男,河南沈丘人, 2008 年 7 月毕业于新 疆工业高等专科学校,现任 1890 煤矿生产技术室技术员,主要从事机电设备管 理工作及采掘管理。 Tel: 13999245165。
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