大倾角大采高长壁综采工作面煤壁稳定性研究与应用

摘要

伴随着煤层倾角和采高的增大，大倾角厚煤层长壁大采高工作面矿山压力显现剧烈，易诱发煤壁片帮、端面冒顶等现象，使得煤壁稳定性控制困难，制约了该类煤层安全高效开采。因此，研究大倾角煤层长壁大采高工作面煤壁稳定性控制对丰富复杂埋藏条件煤层开采理论、拓展岩层控制研究和指导现场工程实践均具有重要意义。 本文综合应用现场实测、物理相似材料模拟实验、数值计算分析、理论分析等方法。对大倾角煤层长壁大采高工作面覆岩运移与应力分布特征、煤壁稳定性特征、煤壁片帮影响因素及机理等问题进行了系统研究，结果表明： 大倾角煤层长壁大采高工作面沿走向具有初次来压和周期来压现象，基本顶初次来压步距43m，周期来压步距平均13m，来压期间支架受载不均衡，后柱受载大于前柱；沿倾向，工作面来压具有“先上部、次中部、再下部”的时序性特征，支架受载具有明显的非均衡分区特征。中部区域支架工作阻力最大，上部、下部区域支架工作阻力分别约为中区域的95%、75%，但上部单个支架或单次工作阻力较大，有可能超过中部区域，中上部区域支架前柱载荷大于后柱载荷，前、后柱受载状态多变且幅度较大，“项板-煤壁-支架-底板（Roof-Waste-Surpport-Floor)”系统构成元素缺失或形成“伪系统”，稳定性较差。 大倾角煤层长壁大采高工作面项、底板形成应力释放区，上、下端头形成应力集中区，受煤层倾角影响，沿工作面倾向应力分布呈现出明显的非对称特征，下部区域煤壁垂直应力高于中上部区域。煤壁垂直位移量远大于水平位移量，沿工作面倾向自下至上，煤壁垂直位移和水平位移呈线性增加趋势。煤壁稳定性受采高、煤层倾角影响显著，采高增大，工作面煤壁垂直应力不断向深部转移，超前支承压力峰值增大，峰值距煤壁距离增大，煤壁垂直位移量不断减小，水平位移增加，煤壁片帮的几率增加。煤层倾角增大，煤壁集中应力值和影响范围逐渐减小，其减小幅度较小，煤壁易整体向工作面倾斜下方滑移，形成大范围煤壁片帮。 大倾角煤层长壁大采高工作面煤壁片帮具有频次高、范围大、分区域、蔓延性和滑冒等特征；工作面煤壁片帮除受煤体自身强度、瓦斯超限、瓦斯抽采等因素影响外，主要还受工作面煤层倾角、采高变化、支架工况、周期来压、回采工艺、仰伪斜角、工作面推进速度和采场顶板坚硬程度等因素的影响。通常条件下，工作面煤层倾角、采高、仰伪斜角越大，推进速度越小，工作面煤壁发生片帮的可能性、影响范围和强度就越大，煤壁片帮发生频次也越高。 煤壁支承压力的非对称性导致煤壁变形和内力的非对称性，工作面中上部区域（约0.66工作面斜长处）煤壁（岩梁）变形最大；煤层倾角增大煤壁变形和内力减小；工作面长度增加，煤壁变形增大、内力减小。煤壁铅直方向上变形和内力分布呈现非对称特征，其变形量最大区域在煤壁的中上部区域（0.6倍采高），该区域煤壁所受拉应力较大，是煤壁失稳的高发区域。 基于新疆焦煤集团2130煤矿25221大倾角大采高工作面煤壁片帮控制工程实践，成功实施了“严控工作面“R-W-S-F”系统稳定、坚硬顶板超前松动预爆破弱化、工作面煤壁超前预加固、小仰伪斜角度工作面布置、全时动态工作面矿压监测”的煤壁片帮综合防控技术，有效地解决了大倾角大采高条件下工作面煤层片帮、顶板漏冒问题，保障了工作面安全高效生产，社会与技术经济效益良好。

目录

第一个书签之前