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        防止采煤工作面三角煤柱片幫破碎的分析與研究

        2014-08-31 09:48:24馬智會
        山東工業(yè)技術(shù) 2014年20期
        關(guān)鍵詞:錨桿

        馬智會

        (河南能源義煤公司生產(chǎn)技術(shù)處,河南 三門峽 472300)

        0 引言

        綜合機械化開采工作面,煤壁片幫的治理難度比較大,煤壁片幫還會導致架前空頂范圍變大,進而導致漏煤冒頂,從而影響工作面的推進速度和正常循環(huán)作業(yè),無法實現(xiàn)正常開采。而煤墻兩端的三角煤柱區(qū)域,位于上、下巷道與切眼交叉處,應力集中,從而進一步加劇煤壁的片幫,成為管理煤壁最薄弱的地段。因此,對于綜采工作面三角煤柱片幫破碎的研究探討,就具有極其重要的意義。

        1 片幫機理及防片幫技術(shù)

        1.1 工作面煤壁片幫機理

        煤壁在自重和頂板的壓力作用下,主要表現(xiàn)為拉裂片幫和剪切片幫,見圖2。

        (1)拉裂破壞:主要原因是由于在頂板壓力作用下,煤壁內(nèi)產(chǎn)生了橫向拉應力,而橫向拉應力不能通過煤體的變形釋放或者緩解,因此當其大于煤體的抗拉強度時,煤壁拉裂破壞,見圖1(a),圖1(b)。

        (2)剪切破壞:在煤體自重及頂板壓力作用下,在煤壁內(nèi)也會產(chǎn)生橫向的拉應力,但是軟煤層的橫向及蠕動變形會釋放或緩解由于壓縮而產(chǎn)生的橫向拉應力,最終由于煤壁內(nèi)的剪應力大于抗剪強度而發(fā)生剪切滑動破壞,見圖1(c)。

        圖1 煤壁片幫破壞形式

        1.2 片幫防治技術(shù)

        防治煤壁片幫技術(shù)主要從兩方面入手來防治煤壁片幫,一是改變煤體的物理特性,二是改變頂板對煤壁的受力狀況。

        (1)使用放頂煤開采技術(shù)。因為放頂煤的開采時,存在一層厚、而強度低的頂煤,開采后,支承壓力向煤壁深處轉(zhuǎn)移,從而降低煤壁的受力,進一步緩解煤壁片幫,見圖2。

        圖2 放頂煤開采與一次采全高時的超前支承壓力分布

        (2)提高支架工作阻力。綜采工作面,合理的支架工作阻力,不僅可以有效地支護頂板,而且可以降低頂板對煤壁的作用力,從而緩解煤壁片幫。

        (3)煤層注水改善煤體力學特性。煤層注水改善煤體的力學性質(zhì),主要就是提高煤壁煤體的粘聚力和抗剪切強度,降低煤體的抗壓強度,從而來緩解煤壁的片幫。

        (4)工作面推進速度和合理的采高確定。工作面推進速度的加快,減少煤體的風化暴露時間,可以減緩煤壁的片幫;工作面采高越大,煤壁越容易片幫,因此合理的采高確定也利于防治煤壁片幫。

        2 工程實例

        2.1 工程概況

        義煤集團耿村煤礦12220工作面,主采煤層為二3煤,煤層硬度系數(shù)1.6,平均煤厚10.6m。煤層傾角8—12°,采用放頂煤開采。

        頂板情況:直接頂為泥巖,砂質(zhì)泥巖互疊層。平均厚34.6m,硬度5—6。

        底板情況:直接底為炭質(zhì)泥巖、泥巖互層,厚0.6—1 m。老底上部為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖,厚10.2—16.6m。

        2.2 工作面三角煤柱片幫破碎方案提出及選擇

        耿村煤礦12220回采工作面三角煤柱處受頂板動壓及地質(zhì)構(gòu)造影響,極易出現(xiàn)片幫現(xiàn)象。為防止出現(xiàn)片幫冒頂現(xiàn)象,杜絕頂板事故,根據(jù)上述片幫機理和防治片幫的常見手段,提出如下方案,可在不同的情況下進行三角煤柱的管理。

        (1)三角煤柱區(qū)域頂板封閉管理。當三角煤區(qū)域的頂板較完整時,控制三角煤區(qū)域頂板的方法就是采用全封閉的方法。采煤機割透機頭(尾)后,煤幫側(cè)及時打貼幫柱支設(shè)臨時支護,必要是挑板木梁,待拉過機頭(尾)后,及時移架、整體頂梁,伸出伸縮梁,這種方法能及時封閉三角煤區(qū)域頂板。

        (2)增加端頭支架工作阻力降低煤墻受力。加強端頭支架的管理,及時觀察端頭支架的壓力情況,需要補液時,及時補液,確保端頭支架具備較高的工作阻力,從而降低頂板對煤壁的受力,緩解三角煤柱片幫破碎;另外在端頭支架推移中,保持擦頂移架,盡量減少移架過程中頂板對煤壁的壓力。

        (3)打木錨桿防止煤壁片幫。當三角煤較軟容易隨采隨落時,在三角煤柱兩側(cè)(切眼煤壁、上巷下側(cè)、下巷上側(cè))打木錨桿。煤壁側(cè)在工作面頂板上方沿推進方向打木錨桿,巷道內(nèi)垂直上、下幫打設(shè)木錨桿。根據(jù)煤層情況打兩排或三排木錨桿,間排距0.7×0.7m,掛塑料網(wǎng)。外用木托盤固定,用錘將錨桿楔打緊。然后拉機頭(尾)、移架。

        (4)注立固安固化三角煤。通過改變煤體力學性質(zhì)來防治片幫,工作面煤壁注水,是為了增加煤體粘聚力和抗剪強度;注立固安是當三角煤柱及破碎時,把散體煤進行物理粘結(jié)并固化,從而保證三角煤柱的完整性。

        當上述防治方式不能有效控制三角煤處頂板,局部出現(xiàn)冒頂、片幫等情況時,及時進行注漿(立固安)對頂板進行固化,實現(xiàn)提前加固,超前預控。

        3 主要結(jié)論

        本文通過分析綜采工作面煤壁片幫機理,闡述當前治理片幫的措施,以耿村煤礦12220綜放工作面為工程背景,提出了不同情況下防治三角煤柱片幫破碎的治理方法:(1)當三角煤柱不是很破碎時,通過打貼幫柱對三角煤柱進行封閉式管理;(2)增加端頭支架工作阻力來降低三角煤柱的受力,從而緩解片幫破碎;(3)在三角煤柱區(qū)域打木錨桿防治三角煤柱片幫破碎;(4)當三角煤柱過于破碎時,通過注立固安來改變煤體力學性質(zhì),防治三角煤柱片幫破碎。

        [1]王家臣.我國綜放開采技術(shù)及其深層次發(fā)展問題探討[J].煤炭科學技術(shù),2005,33 (01):14-17.

        [2]王家臣,李志剛.極軟煤層綜放面圍巖穩(wěn)定性離散元模擬[J].礦山壓力與頂板管理,2005,22(02):1-3.

        [3]王家臣.極軟厚煤層煤壁片幫與防治機理[J].煤炭學報,2007,32(08):785-788.

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