河滩沟煤矿综放面煤壁片帮机理及其控制

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1、第)!卷第!"期$$$$$$$$$$$$$煤炭科学技术$$$$$$$$$$$$$$$"%%)年!"月河滩沟煤矿综放面煤壁片帮机理及其控制!""李建国，田取珍，杨双锁（!#包头矿务局河滩沟煤矿，内蒙古包头$%!&%’(；"#太原理工大学矿业工程学院，山西太原$%)%%"&）摘$要：结合包头矿务局河滩沟煤矿现采煤层地质力学条件，分析了放顶煤工作面煤壁片帮的力学机理，提出了控制煤壁片帮的技术措施。关键词：放顶煤工作面；煤壁片帮；机理；控制途径中图分类号：*+,"!$$$文献标识码：-$$$文章编号：%".)

2、/"))(（"%%)）!"/%%’)/%)!"#$%#$$&’#$$()*+,-.#)(&+#)/-")01"$()23$$4+,-.#)(5,/-"#$-#6()*+()()*2#-,()7,0#)*"38(),!""0123456789，*1:;<86=>?5，@:;AB>84576C89（!#!"#$%&’()*%"，+$’#’(,’$-)*%*%&./0*%*1#2$#*’%，+$’#’($%!&%’(，,3*%$；"#453’’-’6)*%*%&7%&*%""2*%&，8$*9($%:%*;

3、"21*#9’68"53%’-’&9，8$*9($%$%)%%"&，,3*%$）$$河滩沟煤矿现采煤层总厚约为!&D，煤层平（图!），因煤层力学性质及所处应力场的不同，不均倾角"(E，最大)%E以上，属大倾角特厚煤层。同工作面煤壁所处的物性状态也会有所区别，一般煤层普氏系数6为!#.F"#%，节理发育，容重约为来讲，放顶煤开采时工作面煤壁将会处于破裂、破)!#&GHD。煤层顶底板为砂岩互层，直接顶初次垮碎或松动变形状态。落步距为)F!%D，一般随采随冒，老顶周期来压#"放顶煤工作面煤壁片帮的力学机理不

4、明显，属!级老顶。底板单向抗压强度.)#’IJ4，其煤层普氏系数6约为.#&，未发生过底鼓$$由于放顶煤工作面煤壁已处于强度破坏阶段，及遇水膨胀现象。采用走向长壁综放开采，工作面其承载能力已经很小，甚至已经没有承载能力，而长K%D。综放开采以来，工作面中部经常出现严且由于受所处的位置以及生产工艺的限制，难以给重的煤壁片帮及端面冒顶，影响工作面的正常推其施加围压，即无法使其处于三向受压状态。因进，长期处于低产状态，并对安全生产造成了严重此，当受到相应扰动时煤壁将会发生压剪式、滑落威胁，难以实现预期目标。

5、为了寻求合理的煤壁片式、劈裂式或横拱式片帮现象。帮控制措施，本文对其力学机理进行分析。#$!"压剪式片帮的力学机理$$当煤壁处煤体因破碎程度较低而尚有一定残余!"放顶煤开采煤层状态分区强度时，在较高支承压力的作用下，煤壁将会发生$$放顶煤开采改变了煤层的原始应力状态，使相剪切滑移式片帮（图"）。运用库仑/摩尔强度理对于工作面处于不同位置的煤体中存在不同的应力论分析可得，其剪切滑移面与煤壁的夹角!为状态，与此对应，不同位置的煤体也将处于不同的力学状态。通常，距离工作面由远到近煤体依次处于弹性区、塑性区、

6、破裂区、破碎区、松动区图!$煤层状态分区图"$压剪、滑落式煤壁片帮’)第+$卷第$#期%%%%%%%%%%%%%煤炭科学技术%%%%%%%%%%%%%%%#00+年$#月!!!""#"$#（$）!%!&（$#’）（+）式中%"———煤体的内摩擦角。式中%’———普氏系数。%%最大片帮深度约为%%根据包头矿务局河滩沟煤矿井下实际观测，其!%!&&’(（!""#"$#）（#）放顶煤工作面的片帮属于压剪后的滑落式片帮。式中%&———采高。$#防止煤壁片帮的力学途径及技术措施!"!#重力滑落式片帮的力学机理%

7、%当煤壁处煤体因破碎程度较高致使其强度已完$"&#防止煤壁片帮的力学途径全丧失时，在自重作用下煤壁将发生重力滑落式片%%综上分析，煤壁片帮的本质原因是煤体的近散帮直至形成散体介质式的自然安息状态（图#）。体物性状态以及所处的无围压应力状态。而在河滩运用散体介质理论分析可知：安息角"就等于煤沟煤矿特定的煤层条件下，放顶煤工作面煤体的近体的内摩擦角"，片帮最大深度约为散体物性状态特征是由放顶煤生产工艺所导致的必!%!&)*&"（+）然结果。因此，要防止煤壁片帮的发生或减轻其发!"$#劈裂式片帮的力学机理生

8、的剧烈程度，只能从改善煤壁处煤体的应力状态%%煤壁处煤体尚未完全破坏，而且垂直于层理的着手，减小无围压煤体的范围、减小煤壁支撑压裂隙又较发育的煤体，被揭露后将失去横向约束，力、提高支架的作用效果等。其应力状态也将处于双向应力状态，此时在支承压$"!#防止煤壁片帮的技术措施力的作用下煤壁会发生压裂式破坏，从而产生劈裂%%根据防止煤壁片帮的力学途径可知，防止煤壁式片帮（图+）。片帮深度主要与采高、煤体强度、片帮的技术措施主要包括：充分发挥支架的支撑能支承压力