2006年第5期中州煤炭總第143期中硬煤層放頂煤時的頂煤運動與放煤步距分析職強軍(三門峽市煤炭管理局,河南三門峽472000)摘要:中硬煤層放頂煤開采時的頂煤運動規(guī)律是水平位移與垂直位移的一個復合運動。對中硬煤層(硬度系數(shù)2-3)放頂煤開采時頂部煤層的運動形態(tài)進行了分析,提出了確定中硬煤層放煤步距的基本思路。關鍵詞:中硬煤層;綜采放頂煤;頂煤位移;放煤步距中圉分類號: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、設時礦山壓力作用下同時進行的,因此,頂煤運動的結備投資少等優(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。根據(jù)實踐證明,對放頂煤過程及其生產(chǎn)工藝主要參數(shù)的實測, 頂煤移動-般在距煤壁前方3~ 10 m處開始，研究,是指導其生產(chǎn)實踐的理論基礎。對這些基礎直至采空區(qū)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程及側是原生煤體,后方一側是冒落區(qū)的自由面。頂煤其主要參數(shù)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有著十分重要的意義。去平衡,頂煤將向采空區(qū)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頂煤運動狀態(tài)分析來,出現(xiàn)大體平行于煤壁的垂直裂隙。垂直位移主1.1 頂煤的移動要是由頂煤自重引起的,越靠采空區(qū)側,垂直位移越在中硬煤層條件下進行綜采放頂煤開采時,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始產(chǎn)生分塊沉研究方便,將圖1中中硬煤層頂煤運動形態(tài)簡化成降效應,從而引起頂煤的移動。根據(jù)現(xiàn)場觀測及有如圖2所示。在圖2中,中硬狀態(tài)的頂煤基本處于關資料分析,中硬煤層頂煤沉降效應帶來的頂煤移完整塊狀形態(tài)。隨著工作面的開采,頂煤在礦山壓動狀態(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線向采空區(qū)側滑移,位于AB線左面前方一定距離開始至采空區(qū)側的運動狀態(tài)發(fā)生了側的頂煤在煤壁及頂板的約束下，雖受到一些采動變化,即頂煤朝著采空區(qū)方向做水平運動和垂直影響,但能保持頂煤的整體延續(xù)性。而AB線右側方向做下沉運動。水平運動和下沉運動是在開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,煤體移動沿原生裂隙面切割成不連續(xù)體。就頂煤內(nèi)部壓縮應力值來說,AB線左側接近最mt大應力值,而右側趨近于零。這就是說,由于應力差值變化很大,AB線實際為受壓煤體的壓縮邊界線。im tmF中國煤化工圖1頂煤移動狀態(tài)示意MHCNMH(收稿日期: 2006-07 -19作者簡介: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 的運動簡化圖于焦作礦業(yè)學院，長期從事煤炭生產(chǎn)管理及科研工作。2006年第5期職強軍:中硬煤層放頂煤時的頂煤運動與放煤步距分析總第143期整個頂煤以AB線為分界線分為2個部分。AB滑移體,而二次松動過程則是頂煤從放煤口放出周圍所線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,即頂煤先形成放煤橢球體,隨著頂煤的向采空區(qū)方向水平運動和垂直方向下沉運動的趨放出又形成松動橢球體,松動橢球體范圍內(nèi)的煤巖勢,最主要原因是頂煤在AB滑移線產(chǎn)生剪切載荷。隨著放煤的進行將發(fā)生移動,形成放煤漏斗。.當滑移角與頂煤垮落角相同時,支架上方的頂煤重松散煤體經(jīng)放煤口放出后,松散體內(nèi)瞬時形成力將分成2個力,即:一橢球體,內(nèi)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空間，即放煤橢球N = Qcosa體,如圖3所示。其中,Q為滑移線右側頂煤的重力;a為頂煤垮落角;F為剪切力;N為側壓力。松動橢球體在式(1)、式(2)中,當工作面地質條件確定時，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。如果頂煤破放煤門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,頂煤狀況表現(xiàn)為趨于完整,此時不利于放圄3放煤步距煤;當殘余抗剪力[r]小于剪切力F時,頂煤狀況表現(xiàn)為偏移錯位,即向采空區(qū)水平運動和垂直方向下2放煤步 距的確定沉運動,此時頂煤出現(xiàn)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時,頂煤的整體地質條件、煤層賦存狀態(tài)、支架類型外,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程有然后形成大的裂隙。在礦山壓力作用下,中硬煤層關,在確定放煤步距時,必須考慮支架的結構、放煤內(nèi)部的剪力或拉應力超過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規(guī)律(圖3)。破裂,形成不規(guī)則的破碎體被放出。理論及生產(chǎn)實踐證明,合理的放煤步距應大于2倍實驗室的模擬實驗證明,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)。過大或過小都不利于放頂煤。力。在中硬煤層條件下,應力集中系數(shù)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;放煤步距過小，兩放煤口間脊背損失少,但頂煤強度降低?；祉范?影響煤質。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(shù)倍關隙,這些裂隙隨著工作面的推進逐漸發(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(nèi)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。垮落。頂煤從最初的整體連續(xù)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,是一個裂隙產(chǎn)生和發(fā)展的過程。隨著工作當放煤步距與頂煤冒落步距相等時,放煤與頂煤冒面的逐漸推進,頂煤將依次由完整連續(xù)狀態(tài)轉變?yōu)槁渫瑫r進行,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,不利于頂煤采出率的提高,因為個完整過程所經(jīng)過的距離叫做頂煤的冒落步距。此時支架放煤口提前進入下一循環(huán)頂煤冒落體內(nèi)，1.3頂煤的放 出即在中國煤化工不易冒落,而后方模擬實驗表明,原來處于中硬狀態(tài)的頂煤經(jīng)移的煤HCNMHG后方采空區(qū)側的矸動和破碎后,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,需要一次松散和二次松動過距時也不利于頂煤采出率提高,原因是初始時支架程。一次松散過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).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分析總第143期生產(chǎn)、高產(chǎn)高效,最終達到一礦一面,實現(xiàn)礦井經(jīng)濟開采前,對煤層預注水,使煤體預先濕潤,以減少采利益的最大化。掘時浮游煤塵的產(chǎn)生,降塵率一般在60% ~ 90%;3.2綜采放頂煤開 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,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,應搬家次數(shù)少等諸多優(yōu)勢,但其增加了放煤工序,加大加強通風排塵,并選用防塵口罩,以加強勞動人員的了一次開采的厚度將分層開采2 ~3次采出的煤炭個體保護措施。-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措施,才能保證綜采放頂煤開采的安全,實現(xiàn)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(wěn)定性,改善了工作面的安全環(huán)境。根據(jù)工作面支(1)綜采放頂煤工作面的瓦斯治理技術。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跟上。開采前,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行瓦斯預抽;放頂煤開采時,產(chǎn)狀態(tài)之間轉換。實踐證明，綜采放頂煤開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,峰值點前移。因此,應在一高位鉆孔和高位巷及時抽放采空區(qū)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,應盡量加大工作面風量,沖淡生產(chǎn)時產(chǎn)力,以便使支架的工作阻力作用線接近頂板載荷的生的瓦斯;在工作面設置瓦斯自動報警斷電儀、安全作用線，以減少支架的偏轉,保持支架的穩(wěn)定性。監(jiān)測系統(tǒng)等,以便持續(xù)測定瓦斯?jié)舛?及時采取安全4礦井生產(chǎn)中須注意的問題措施。(2)綜采放頂煤工作面防塵治理技術。本礦井根據(jù)礦井煤層情況和開采技術條件,礦井采用開采的二，煤煤層較厚,主要以粉狀及鱗片狀產(chǎn)出,綜采放頂煤開采技術后,應加強工作面采空區(qū)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、放頂推進速度;應不斷探索因煤層厚度變化較大形成的煤等會產(chǎn)生大量的煤塵,煤炭裝載.轉載、卸載、運輸頂?shù)装迤鸱?并由此影響工作面液壓支架的穩(wěn)定性過程中也要產(chǎn)生一定量的煤塵。煤塵的大量產(chǎn)生不問題。雖然綜采放頂煤開采技術目前已較為成熟，但影響礦井的安全生產(chǎn),而且危及井下工人的健康。但在-一個礦井應用時總會出現(xiàn)新的不同的問題,還所以,在生產(chǎn)和運輸過程中應采取綜合防塵措施,最須在生產(chǎn)實踐中進一- 步研究,進一步完善,以期實現(xiàn)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:秦愛新)(上接第21頁) 也混人采空區(qū)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,當支架放煤口進入按上述分析可有如下判別式存在:當Lp=L_時,利下一循環(huán)時,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,