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[摘 要]针对唐口煤矿530综采工作面煤壁片帮的情况,简述了片帮因素,分析了煤壁受力特性,采用FLAC3D数值模拟软件分析了大采高工作面煤壁片帮破坏形式,并提出了相应的防治煤壁片帮的措施。
[关键词]综采;煤壁片帮;防治措施
中图分类号:TD322 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)34-0357-01
0 引言
煤壁片帮不仅影响综采设备的正常生产,而且会对生产安全造成极大影响[1]。本文结合唐口煤矿530工作面实际情况,分析了综采工作面煤壁片帮机理,并提出了防治措施。
1 煤壁片帮影响因素
支架作用力、端面距是影响煤壁片帮冒顶的主要可控因素[2]。支架的支护强度反映的是支架垂直作用力的大小,护帮力反映的是水平力的大小。空顶处顶板冒落情况的最大影响因素即端面距大小。
2 煤壁受力特性
綜采工作面煤壁受前方支承压力的影响会出现松塌区和塑性区,两区的结构如图1-1、1-2所示。Ⅰ为松塌区,煤体已塌落,没办法负载;Ⅱ是靠煤壁一侧的塑性区,其内原岩应力大于载荷大小,围岩强度大大削弱导致发生了松弛和位移现象;Ⅲ是靠煤壁前方的塑性区,Ⅳ是应力变大部分的承载区。塑性区和弹性区的分界区域是承受垂直应力最大的地方。
3 支护阻力影响因素
影响支护阻力的因素有采高、内摩擦角、塑性区宽度等[3],支护阻力的作用是实现煤壁平衡。煤壁片帮的最大影响因素是煤体的内摩擦角。因此,当煤质疏松时综采工作面生产过程中煤壁片帮问题的防治会更难解决。第二影响因素是采高,在煤壁片帮问题难以解决时,工作面开采高度适当降低会明显缓解片帮问题。
4 煤壁片帮破坏形式
煤壁主要有两种破坏形式,一是拉裂破坏,二是剪切破坏,是受自重和顶板压力出现的[4]。图4-1为两种煤层硬度条件下工作面围巖应变情况,即f=1.5和f=3.5。通过分析,随着煤层硬度的增大,剪应变影响区增大,这也从理论上说明了,对于软煤层来说,其煤壁片帮主要为剪切破坏。
煤壁片帮的两种形式:一是半煤壁片帮,煤壁受顶板压力的影响出现正弦波式的弯曲变形导致0.65倍采高处发生最大侧向位移,此处首先失稳坍塌;二是整个煤壁片帮,煤壁受支承压力的影响导致煤壁的稳定状态转为不稳定状态,此时煤壁一旦受到外界微小的扰动就会发生整体片帮。
5 煤壁防片帮措施
经过以上分析概述,防治煤壁片帮的主要措施有:
⑴提高支架初撑力和前端支顶力以减小顶板的下沉量,以实现对煤体尤其是煤壁附近的煤体的控制以防止内裂隙的发育,减少煤壁片帮。
⑵设计合理的支护装置,对防止工作面片帮所需的支护力和护帮长度进行模拟分析,对护帮板结构进行优化以提高护帮效果。
6 结论
唐口煤矿530工作面在回采过程中,通过采取以上控制措施,有效减少了煤壁片帮现象的发生,保证了工作面正常和快速回采,确保了大采高工作面高产高效开采。
参考文献
[1] 张体荣,姜兴,陈胜权.灾害事故应急救援的最短路径分析[J].桂林航天工业高等专科学校学报,2007(2):4-7.
[2] 张顶立,何佐德.综放工作面端面冒顶机理及控制[J].湘潭矿业学院学报,2001,16(3):13-25.
[3] 方端宏,刘盼,张凤杰.大采高综采工作面煤壁片帮特征及其稳定性分析[J].煤矿安全,2013,44(3):195-198.
[4] 尹希文,闫少宏,安宇.大采高综工作面煤壁片帮特征分析与应用[J].采矿与安全工程学报,2008,25(2):222-225.
作者简介
张震,男,汉族,山东淄博人,硕士,山东科技大学机械电子工程学院,机械工程专业。
[关键词]综采;煤壁片帮;防治措施
中图分类号:TD322 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)34-0357-01
0 引言
煤壁片帮不仅影响综采设备的正常生产,而且会对生产安全造成极大影响[1]。本文结合唐口煤矿530工作面实际情况,分析了综采工作面煤壁片帮机理,并提出了防治措施。
1 煤壁片帮影响因素
支架作用力、端面距是影响煤壁片帮冒顶的主要可控因素[2]。支架的支护强度反映的是支架垂直作用力的大小,护帮力反映的是水平力的大小。空顶处顶板冒落情况的最大影响因素即端面距大小。
2 煤壁受力特性
綜采工作面煤壁受前方支承压力的影响会出现松塌区和塑性区,两区的结构如图1-1、1-2所示。Ⅰ为松塌区,煤体已塌落,没办法负载;Ⅱ是靠煤壁一侧的塑性区,其内原岩应力大于载荷大小,围岩强度大大削弱导致发生了松弛和位移现象;Ⅲ是靠煤壁前方的塑性区,Ⅳ是应力变大部分的承载区。塑性区和弹性区的分界区域是承受垂直应力最大的地方。
3 支护阻力影响因素
影响支护阻力的因素有采高、内摩擦角、塑性区宽度等[3],支护阻力的作用是实现煤壁平衡。煤壁片帮的最大影响因素是煤体的内摩擦角。因此,当煤质疏松时综采工作面生产过程中煤壁片帮问题的防治会更难解决。第二影响因素是采高,在煤壁片帮问题难以解决时,工作面开采高度适当降低会明显缓解片帮问题。
4 煤壁片帮破坏形式
煤壁主要有两种破坏形式,一是拉裂破坏,二是剪切破坏,是受自重和顶板压力出现的[4]。图4-1为两种煤层硬度条件下工作面围巖应变情况,即f=1.5和f=3.5。通过分析,随着煤层硬度的增大,剪应变影响区增大,这也从理论上说明了,对于软煤层来说,其煤壁片帮主要为剪切破坏。
煤壁片帮的两种形式:一是半煤壁片帮,煤壁受顶板压力的影响出现正弦波式的弯曲变形导致0.65倍采高处发生最大侧向位移,此处首先失稳坍塌;二是整个煤壁片帮,煤壁受支承压力的影响导致煤壁的稳定状态转为不稳定状态,此时煤壁一旦受到外界微小的扰动就会发生整体片帮。
5 煤壁防片帮措施
经过以上分析概述,防治煤壁片帮的主要措施有:
⑴提高支架初撑力和前端支顶力以减小顶板的下沉量,以实现对煤体尤其是煤壁附近的煤体的控制以防止内裂隙的发育,减少煤壁片帮。
⑵设计合理的支护装置,对防止工作面片帮所需的支护力和护帮长度进行模拟分析,对护帮板结构进行优化以提高护帮效果。
6 结论
唐口煤矿530工作面在回采过程中,通过采取以上控制措施,有效减少了煤壁片帮现象的发生,保证了工作面正常和快速回采,确保了大采高工作面高产高效开采。
参考文献
[1] 张体荣,姜兴,陈胜权.灾害事故应急救援的最短路径分析[J].桂林航天工业高等专科学校学报,2007(2):4-7.
[2] 张顶立,何佐德.综放工作面端面冒顶机理及控制[J].湘潭矿业学院学报,2001,16(3):13-25.
[3] 方端宏,刘盼,张凤杰.大采高综采工作面煤壁片帮特征及其稳定性分析[J].煤矿安全,2013,44(3):195-198.
[4] 尹希文,闫少宏,安宇.大采高综工作面煤壁片帮特征分析与应用[J].采矿与安全工程学报,2008,25(2):222-225.
作者简介
张震,男,汉族,山东淄博人,硕士,山东科技大学机械电子工程学院,机械工程专业。