采煤工作面推垮型冒頂機理分析及預防措施

1、采煤工作面推垮型冒頂機理分析及預防措施14272b11b頂分層工作面概況礦井開采緩傾斜煤層，可采煤層13層，總厚度33m，其中頂板為復合頂板的可采煤層6層，總厚度17m，占礦井可采煤層總厚的 52%。4272b11b頂分層工作面系該礦四水平、42采區(qū)、7階段北翼b11b頂 分層工作面，其回采上限標高為-573m,下限標為-633m,煤層平均厚 度4?1m，傾角21°工作面傾向長168m，走向長240m。工作面采高 2.0m，初采期間采高1.8m，煤層直接頂為厚1.2m的深灰色細砂質(zhì)泥 巖，其上為厚0.8m的煤線，基本頂為厚2.0m的深灰色條帶狀細砂巖， 其上為灰色中厚層狀細砂巖。根據(jù)

2、復合頂板的特征,本工作面為典型 的復合頂板工作面。2 采煤方法和頂板管理 工作面采用傾斜分層走向長壁采煤法,炮采落煤工藝。 支護方式為齊梁直線柱鉸接走向棚支護頂板,支柱型號為 dz22-30/100 型單體液壓支柱，頂梁型號為hdja-1000型金屬鉸接頂梁，柱距0.5m， 排距1.0m。工作面采用三、四排控頂，即34m管理，放頂步距1.0m。 初采期間特殊支架為單體液壓支柱和金屬鉸接頂梁架設的一梁一柱順 山鉸接挑棚。采空區(qū)采用全部垮落法處理。3 勞動組織及循環(huán)方式勞動組織形式為單鎬采煤，雙人分段放頂回柱。工作面作業(yè)方式為 “兩 采一準”，日進 2 個循環(huán)。4 冒頂事故情況事故發(fā)生時間為 20

3、04年 3月 12日下午，事故當班為檢修班。事故發(fā)生時工作面上端距切眼11m，下端距切眼4m。冒頂范圍為工作面下端 頭向上350m段，冒頂傾向長度47m,走向長度4m。采空區(qū)懸露的 頂板（傾向長30m、走向長3m）也跟隨冒落。5 冒落機理分析5.14272b11b頂分層工作面冒頂特點5.1.1 冒頂前，采場頂板壓力不大，支架沒有壓縮變形。5.1.2冒頂前無明顯征兆，推垮發(fā)生時速度快，來勢兇猛。5.1.3冒頂發(fā)生在開切眼附近。5.1.4冒頂發(fā)生在回柱放頂即將結束時。5.1.5復合頂板軟巖層呈整體冒落。5.1.6冒頂后，基本頂大面積懸露。5 . 1 . 7冒頂后，單體支柱沿煤層傾斜方向倒下。5.1

4、.8冒頂后，冒頂段以上4m工作面煤壁頂板出現(xiàn)斷裂。5.2冒頂機理分析冒頂事故發(fā)生在工作面回柱放頂即將結束時，回柱放頂前工作面支護為四排正規(guī)支架加一排順山挑棚，這些支架中支柱的工作阻力勉強可以支撐住復合頂板中的軟巖層；回柱放頂即將結束時，工作面僅有三排正規(guī)支架，支撐不住軟巖層，加上軟巖層因淋水等原因離層，從而導致軟巖層斷裂形成六面體。冒頂前工作面采空區(qū)下口向上近30m、走向長3m（懸頂面積90m2）范圍頂板未冒，下順槽破復合頂板下位軟巖 層施工以及工作面冒頂前下口曾發(fā)生小面積冒頂?shù)葼顩r，為六面體提 供了去路；另外，六面體自重較大（約1.12 xi04kn）向去路方向的傾角 較大，最終導致六面體下

5、移，推垮工作面。5.2.1 復合頂板下位軟巖層離層工作面初設支柱初撐力均不小于 50kn， 但因底板為b11b煤層，較軟；同時，頂板淋水使底板煤層軟化，抗壓 強度降低，使原來初撐力不小于 50kn 的支柱工作阻力降至 20kn 以下。 由于支柱的工作阻力小，支柱鉆底量大，再加上頂板淋水，造成復合 頂板下位軟巖層下沉，而上位硬巖層因開切眼附近受兩側煤體支撐基 本未下沉，從而導致復合頂板軟、硬巖層離層。5.2.2下位軟巖層內(nèi)斷裂出六面體由于支柱工作阻力小于20kn，支撐不住復合頂板下位軟巖層，使軟巖在支柱低阻區(qū)下沉并產(chǎn)生斷裂；靠采 空區(qū)側軟巖層從開切眼處已經(jīng)斷裂，形成一個由單體支柱支撐的不穩(wěn) 定的

6、不規(guī)則六面體。5.2.3六面體存在去路且有較大傾角工作面下端冒頂前一天曾發(fā)生小面 積冒頂；工作面采空區(qū)從下端頭向上30m、走向長3m處范圍頂板未冒 落，形成大的六面體。由于下順槽沿頂施工，破壞了復合頂板，為六 面體提供了去路，再加上六面體沿去路方向傾角達21°，既有去路并且沿去路方向又有較大傾角的六面體，很容易冒落。5.2.4六面體下推力大于阻力該六面體受到的下推力大約是 4000kn,幾 乎全靠工作面下口軟巖層頂板的阻力阻止其下推，而這一部分軟巖層 又受到破環(huán)，實際阻力很小，不能阻止其下移。6 預防措施6.1 增大并保持單體液壓支柱的初撐力 單體支柱的初撐力小時，支撐不住復合頂板中

7、的軟巖層，便可導致軟 巖離層推垮工作面。 為解決這個問題，必須提高單體支柱的初撐力 p0， 使初撐力不僅能支撐住復合頂板下位軟巖層，而且使軟巖層壓緊硬巖 層，其間的摩擦阻力足夠阻止軟巖層下滑， 從而使支架自身也能穩(wěn)定。p0可按下式計算：p0 >y hO/n(cos a +1/fsin a )(1)式中，p0為每根支柱初撐力，kn/根；n為支護密度，根/m2; 丫為軟巖 層平均密度，kn/m3 ； h0為軟巖層厚度，m; a為煤層傾角，()；f為 軟硬巖層間的滑動摩擦系數(shù)。對 4272b11b頂分層工作面來講，n=2 根/m2，丫 =20?19kn/m3h0=2.0m,a =21,

8、6;f=0.3。經(jīng)過計算p0 > 50k時，能夠滿足防止復合頂板推垮工作 面的要求。單體液壓支柱的初撐力達到50kn以上是先決條件，關鍵是保證其工作阻力也在 50kn 以上，這樣，就必須采取穿木鞋或鐵鞋措施，減少支柱 鉆底量。另外，增大支護密度可增大支柱對頂板的支護強度，防止推 垮型冒頂?shù)陌l(fā)生。6.2提高支架穩(wěn)定性 一是在工作面采空區(qū)側鉸接頂梁下，沿傾斜方向中中 10m 采用長方木 裝設“井”形木垛， 這樣會形成整體支架， 增強了支架的穩(wěn)定性， 增加了 工作面支撐頂板的能力；二是使用拉鉤式連接器把每排支柱從工作面 上口至下口都連接起來，這樣整個工作面形成了一個可以阻止六面體 下推的整體支

9、架。三是工作面采用下偽傾 35°方向施工；四是控制采 高，復合頂板下部軟巖層垮落后超過采高，一方面可以堵住六面體的 去路，另一方面可以增加六面體下推時的摩擦阻力，采高控制一般在 1.8m 以下；五是掘進順槽及開切眼時不破壞復合頂板，這樣可以保持 復合頂板的完整性，不給六面體以去路；六是加強工作面頂板壓力和 狀況觀察，支柱支設時要從嚴要求，初撐力達不到 50kn 時要采取穿木 鞋或鐵鞋等措施增大初撐力，確保初撐力不小于50kn;觀察頂板狀況， 發(fā)現(xiàn)頂板出現(xiàn)裂隙要及時采取裝木垛、 使用迎山抗棚等措施加強支護； 七是強制放頂，工作面采空區(qū)頂板懸頂面積大于 2X 5m2寸，要采取強 制放頂措施，即在頂板內(nèi)打眼、裝藥、放炮，強迫其冒落，