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1、浅谈急倾斜三软条件下煤巷掘进防高帮跨冒研究【摘要】李子班南二井开采急倾斜松软突出煤层，在掘进回采巷道过程中,高帮松软煤层在爆破时易垮落形成空洞，生产影响较大，作业速度较慢，对矿井采掘接替带来一定的阻碍，而且严重威胁职工生命安全。目前国内尚未发现有与南二井相似条件的，急倾斜“三软”突出煤层掘进时松软煤层垮冒及其防治的相关报道，因此南二井在处理高帮松软垮冒、巷道成型等问题上，无成功经验可借鉴。本文通过探索研究，实施超前加固、超前支护、减少爆破影响等方法后，有效防止了急倾斜松软条件下高帮跨冒，对类似条件下的矿井生产能力、采掘
2、布置、安全生产状况、生产效益等都有很大的促进作用。【关键词】急倾斜；三软；突出煤层；防跨冒0.引言急倾斜煤层在我国（主要分布在四川、贵州等）储量大、分布广，而在急倾斜松软突出煤层条件下煤巷掘进中防高帮跨冒是一大难题。李子规煤矿南二井3102工作面回采巷道掘进正属于此类条件，若采用传统方法掘进，存在较多不足,循环进尺低、工人劳动强度大、高帮易跨冒、安全威胁多等。为解决掘进过程中高帮易跨冒提高生存效率这一难题，南二井以“理论研究”为基础、“工程实践”为重点进行了复杂条件下急倾斜煤层松软条件下防高帮跨冒技术研究，有效防止了高
3、帮跨冒，提高了掘进效率。1.工作面概况3102南工作面运输巷位于李子捷煤矿南井田背斜东翼，走向长约2000m,煤层平均厚度2.45m,煤层倾角48°,煤层结构松软，普氏系数f〈l,直接顶为灰黑色泥岩，间夹砂质泥岩，夹灰岩条带，厚6.48m,普氏系数f=2〜3,直接底为粘土岩，遇水膨胀，易泥化，偶为炭质泥岩或粘土岩，且煤层原始突出危险性极高，瓦斯含量达23m/t,瓦斯压力达3.4MPa,属典型急倾斜、三软、突出煤层。3102南工作面运输巷巷道断面为异形，设计断面巷道全宽为4.3m,全高为3.8m,掘进断面积约为12.40
4、,采用炮掘方式掘进，支护采取金属支架、锚杆、锚网等联合支护。2•高帮跨冒原因分析2.1高帮煤层受力分析南二井急煤层为急倾斜煤层，其自重力及上方顶板压力均分为法向与切向两个方向的力，其中法向为等于GXcosa,切向分力等于GXsina,当煤层倾角a等于45。时，均等于0.707Go其受力状况如图2所示。以倾斜煤层巷道高帮最边缘未支护煤层作为研究对象，其静止时，三向受力达到平衡状态，自重力G作为内力，其方向铅直向下，可分为沿煤层倾斜GXsina与垂直煤层倾斜GXcosa两个方向的力；顶板对煤层的压力FZ1加上GXcosa之
5、和与底板的支撑力FZ2达到平衡，水平两侧的挤压力FX1与FX2相互达到平衡，沿煤层倾斜的一组力为煤层沿倾斜的自重力及上侧煤体向下的推力，其下方没有力与之平衡，只有两侧煤体及顶底板的摩擦力fl〜4与之平衡。图1急倾斜煤层岩体力学示意图图2高帮煤体A受力断面、平面、立体示意图分析受力图，促使高帮煤体垮落的力主要有煤层的自重为沿煤层倾斜向向下的分力，即GXsina；其上侧煤层的推力Fy。而确保煤层稳定的力主要为煤体四周受到的摩擦力fl〜4,而f与煤体四周受至的正压力N成正比，即f=uN,也就是说，顶底板压力、两侧挤压力大，则
6、煤层越稳定。因此煤层是否稳定，取决于(GXsina+Fy)-fl〜4的性质，大于零则高帮煤体发生垮落，等于零则保持平衡。2.2影响高帮煤层稳定性的因素在掘进过程中，急倾斜煤层巷道高帮煤体受到巷道支护种等因素的影响，维护着其稳定，但也受到较多的因素的影响，导致其垮冒，主要有：煤体自身的稳定性，包括煤体的硬度、结构等，硬度越低越易垮冒，同时煤层内的裂隙、滑动层面等对煤层的稳定性影响极大；煤体内瓦斯含量，含量越大，向外的张力越大，煤层也越软，也就越易垮冒；采动影响，特别是爆破震动对煤层的稳定性影响最大，是高帮煤层大量垮冒、突
7、出的主要原因。图3爆破对高帮煤层稳定性的影响图4纵向爆轰波对高帮煤层拉伸作用示意图爆破对煤层稳定性的影响主要有两个方面，一个是爆破的强冲击造成煤体破坏，内部产生裂隙，破坏了煤体的完整性，二是爆破产生的爆轰波沿煤层顶板向上传播，使顶底板产生微量的法向位移，使顶板对煤体的压力瞬间消失，三是爆破还产生纵向的爆轰波，对煤体产生沿纵的变化的拉压力，同时，每次爆破均采用不同延时的几段雷管起爆破，产生的爆轰波分轮次对高帮煤体产生综合作用。当煤体松软、瓦斯含量大或者爆破强度较大时，就会发生高帮煤层大垮冒。2.33102南工作面运输巷跨
8、冒规律根据3102南工作面运输巷收集的煤巷掘进垮冒资料分析，发现垮冒主要有以下规律，一是发生在掘进爆破作业时,其它作业期间也有较少的垮冒，但其量较小，而且是在煤层十分松软的情况下，甚至在无作业期间也自动垮落；二是垮落时煤体较松软，或煤体内生裂隙比较发育、层理面较多；三是多发生在瓦斯含量较大的地段，同时也附带有煤层结构异常，这种情况
