大采高综采煤壁片帮的影响因素及防治.doc

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1、大采高综采煤壁片帮的影响因素及防治常世锋摘要大采高综采所具有的优势使得在国内外被广泛地采用，现己成为国内外厚煤层综采的主要发展方向之一，煤壁的稳定性对大采高支架性能的发挥具有很大影响。本文分析了影响煤壁片帮的5个主要因素：采高、支架工作阻力、煤体节理面倾角、老顶回转角、停采时间等。并通过研究得出结论，随采高的增加，煤体的破坏深度呈指数分布：随工作阻力的增加，煤体的破坏深度呈线性减小，预计当工作阻力达到17000KN/架时，片帮现象基本消失。关键词：大采高综采；煤壁片帮；防治一、大采高综采岩层运动的基本特点层状岩体结构是煤系地层的重要特征，随着煤层的采出，上覆岩层自下而上依次

2、运动，下位岩层呈现明显的剥离特征，由于岩层强度、分层厚度以及层、节理发育情况不同，各岩层的运动和垮落步距也有所不同，并且呈现出明显的成组运动特征，某些强度较大而又相对较厚的岩层可形成结构层，又叫作关键层，它在岩层的运动过程中起着决定性的作用，而那些强度较低或厚度较小的岩层作为关键层的载荷，通常将在同一组岩层中最下位岩层作为关键层。单一煤层及厚煤层顶分层开采时，支架直接支撑的是完整性较好的直接顶岩石，与煤体具有明显的分界面，两者的强度也具有较大的差异。由于一次采出煤体的空间小，直接顶垮落后即可对采空区进行比较充分的充填，因此，工作面上覆岩层垮落带及断裂带发展高度较小，即直接顶

3、厚度较小。老顶断裂时，其回转运动首先通过直接顶作用支架顶梁，即首先表现为支架增阻。对于大采高开采而言，由于采高加大，采空区空间有了较大幅度的增加，只有更高的垮落带才能维系整个采场岩体的平衡。由于岩层顶板的分层垮落特性，原直接顶岩层垮落后不能充满采空区时，一定厚度的下位老顶岩层将作为规则垮落带来弥补采空区充填的不足，这样，直接顶的厚度增加。实测大采高采场直接顶的垮落高度通常为煤层采出厚度的2.0－2.5倍。采高增大使直接顶的垮落度增加，但直接与支架作用的仍是完整的直接顶岩石，具有较好的传力效果，因而矿压显现明显增大。工作面前方的煤体跟岩体一样，是一种具有独特结构的结构体，表现

4、在力学上的不连续性和有条件的转化性，即在较少裂隙组的影响下具有明显的各向异性，而在较多的裂隙组共同影响下可转化为近似的各向同性，但此时煤体的强度大大降低，降低程度由煤块性质和节理裂隙面的性质共同决定。煤体在未开采前，处于原始应力条件下，应力保持相对平衡，煤体呈现一定的相对连续性，当煤体开采后，煤壁附近煤体应力平衡遭到破坏，水平应力迅速减小，由于开采引起的支承压力的作用垂直应力迅速增大，使煤体产生新的节理、裂隙，即开采引起的次生裂隙发育，煤壁处于不稳定状态。随着老顶的周期性断裂来压，煤壁会在节理裂隙最发育的地方最先受到破坏，当支承压力达到一定值后，煤体加剧破坏，从而造成煤壁片

5、帮，使煤体失去支撑能力，顶板压力向支架上方转移进而使支架受力不均，产生歪倒、翘顶现象，失去对顶板的控制，严重时将导致顶板事故。因此，为了保证大采高工作面的安全生产，开采前必须对煤体破坏情况进行分析，充分了解煤体的承载能力，而要实现对煤壁片帮的正确预测，就必须确定煤体塑性区的分布范围以及分析煤壁片帮机理。二、大采高煤壁片帮的影响因素1、采高对煤壁片帮的影响随工作面的推进，在煤壁前方产生了支承压力，在该压力作用下，煤壁一定深度内的煤体首先破坏，并且呈格里菲斯强度破坏特征，出现裂隙，该破坏区的范围与煤体强度及应力状态有很大关系。特别是在大采高条件下，当采高增加后，由于采出的空间增

6、大，需要冒落较多的顶板去充填采空区，因此，直接顶增加。由于岩梁跨度与厚度成正比，直接顶长度增加，采场的压力相应增大，顶板下沉量增大，这样煤支承压力区来自动增加长度去平衡因采高增大而增加的压力。同时，采场顶板压力也随之增大，使支柱下沉或插底、顶板产生破碎、支柱钻顶等使工作阻力相对有所减少。这样，增大采高后直接顶增加产生的压力不但都加在了“煤壁支座”上，而且因支柱下沉或插底、顶板破碎、支柱钻顶等原因而使支柱承载值减小，采场内顶板压力还要向煤壁前方转移。由于煤壁上压力增大，从而使煤体的裂隙更加发育。由于裂隙的发育，使煤体的强度降低，塑性区范围变大。在支承压力作用下，塑性区内的煤体

7、产生向外的位移，位移量由里向外逐渐变大。在塑性区内，煤体处于极限平衡状态，支承压力的增加或煤体强度的降低均会导致该区煤壁外鼓量的增加，这是产生片帮的先兆。现场开采实践证明，当加大工作面的采高时，工作面顶板压力随之增大，煤壁前方支承应力集中程度也随之增大，从而加剧工作面煤壁片帮和冒顶。片帮深度随着实际采高的增大而呈非线性地增加，当采高超过一定值后，煤壁片帮深度急剧增加。由于大采高综采工作面煤壁片帮问题十分突出，使得一些大采高综采工作面不得不采取一些专门的煤壁加固措施，增加了大量的辅助工作量，导致工作面产量降低，成本增