大采高工作面遇顶部夹矸冒顶机理及加固技术研究_张建丽.pdf

大采高工作面遇顶部夹矸冒顶机理及加固技术研究 张建丽 （山西省长治经坊煤业有限公司 ，山西 长治 047100 ） 摘要 本文以经坊煤业 1307 综采工作面为工程背景， 针对工作面遇顶部夹矸易发生片帮冒顶的问 题， 通过现场观测总结及数值模拟研究的方式， 对工作面冒顶的机理进行了分析研究， 研究表明 对综 采工作面进行预注浆能有效降低大采高工作面因构造引起的片帮冒顶事故；在顶板发生冒顶的过程 中， 煤壁的强度是关键的影响因素， 决定了工作面能否对顶板形成有效的支护， 应重点加强煤体强度； 通过在工作面两顺槽进行预注浆可以有效减少冒顶事故的发生，工作面预注浆应选择在工作面前方 20- 55m的范围内。 关键词 顶部夹矸 ； 预注浆 ； 顶板管理 中图分类号 TD31文献标志码 A文章编号 1009- 0797 （2019 ） 03- 0010- 03 Study on the mechanism and strengthening technology of gangue roof clamping in large mining height face HZNAG Jianli （Shanxi changzhi jingfangcoal industryco., LTD. , Changzhi 047100 China ） Abstract in this paper through the lanes and the engineering background of1307 fully mechanized coal face, on the top face ofa thick prone to help the problem of roof caving, by means of field observation and numerical simulation research, analyzes the mechanism of working face roof caving of research, research has shown that for fully mechanized coal face pregrouting can effectively reduce the large mining height caused bytectonic slices for roofcavingaccident; In the process ofroofcaving, the strength ofcoal wall is the keyinfluencingfactor, which de- termines whether the working face can effective support for roof. Through pre- grouting in the two grooves of the working face can effec- tivelyreduce the occurrence ofroofcollapse accidents, the pre- groutingofthe workingface should be selected in the range of20- 55 min front ofthe workingface. Keywords gangue lost at the top ; Grouting; Top management 对于采高较大的工作面而言， 其顶板控制难度 越大， 顶板来压明显， 因而时常会有片帮、 冒顶事故 [1]。尤其是在综采工作面遇构造及顶部夹矸时， 顶板 破碎程度加大越难维护[2]。通常综采工作面遇构造 时往往是在工作面推至构造位置时， 在工作面内进 行注浆，这不仅会因构造揭露导致顶板发生漏顶， 更会因注浆而影响工作面正常生产[3]。因此， 本文针 对经坊煤矿 3- 807 工作面遇构造时， 设计从工作面 顺槽提前对构造进行注浆， 以达到工作面快速通过 构造的目的。 1工作面概况 经坊煤矿 1307 综采工作面推进长度为 1525m， 工作面长 220m， 采高 4.75m。工作面设计有胶运顺 槽和回风顺槽， 巷道宽 5m， 高 4.5m。 通过顺槽掘进揭露及仪器探测，在距切眼 0～230m 范围内顶板存在厚度达 1500mm 夹矸， 夹矸 上层有 200mm 厚的煤层。该夹矸性质为泥岩， 遇水 易膨胀， 在工作面采动影响下易冒落， 在 1307 工作 面初采时， 在 0～80m 范围内， 共冒顶 11 次， 严重影 响到了工作面的生产效率及安全。因此， 设计从工 作面顺槽提前对 100～230m 范围的构造进行注浆， 增强顶板围岩强度， 提高回采效率。 2工作面冒顶机理分析 通过对 1307 综采工作面初采期间的观测， 工 作面顶板冒落的过程为 工作面内煤壁受采动影响 发生大面积片帮，随后发生片帮区域的顶板冒落， 进而导致液压支架无法正常接顶， 而工作面顶板因 支护质量差进一步加剧顶板的冒落[4]。 因此，造成 1307 综采工作面冒顶的关键原因 在于煤壁的大面积片帮。提高工作面煤壁的强度能 够使之能够有效的对顶板形成支撑， 减小因煤壁片 帮而导致空顶面积的增大， 使工作面液压支架能够 接定严实， 进而从根本上解决工作面冒顶的问题。 3顶板冒落数值模拟研究 本文通过 FLAC3D 软件研究了顶板、煤体的强 度提升对顶板围岩破坏的影响[5]。为了对比研究， 方 案共有 5 个， 其中方案一、 二、 三、 四顶板力学参数 煤矿现代化2019 年第 3 期总第 150 期 10 ChaoXing 相同， 煤体的抗压强度依次增加， 方案五与第一 煤 体的抗压强度不变， 顶板的强度加大。各方案围岩 参数如表 1 所示。 表 1煤体参数 经过模拟研究得到工作面围岩变形情况如图 1、 表 2 所示。 方案一方案二 方案三方案四 方案五 图 1工作面围岩变形情况 表 2围岩塑性变形范围 通过数值模拟研究发现， 方案一和五中只增强 顶板围岩强度对工作面围岩的破坏减小效果较差， 而对比方案一、 二、 三、 四发现工作面围岩塑性变形 范围随着煤壁强度的增加而显著减小。因此， 对于 综采工作面顶板事故的防治应同时加强煤壁与顶 板的强度。 4注浆加固方案 4.1钻孔布置 通过上文的研究， 得出钻孔的布置应同时兼顾 煤体及顶板， 才能实现对工作面冒顶片帮事故的防 治。因此， 设计在 13071 胶运顺槽和 13072 回风顺 槽内向煤体对称施工钻孔。单侧共设计 2 排钻孔， 下排钻孔距离巷道底板高度为 2m，间距为 10m， 钻 孔与水平夹角为 5， 钻孔深度为 100m； 下排钻孔 距离巷道底板高度为 3m， 间距为 10m， 钻孔与水平 夹角为 6， 钻孔深度为 100m， 钻孔直径 94mm。 （a） 钻孔平面图 （b） 钻孔剖面图 图 2钻孔布置图 4.2注浆位置 为确保注浆的效果，应选择合理的注浆区域。 经坊矿 1307 工作面超前支承压力分布情况如图 3 所示， 按应力大小可划分 4 个区域。 图 3工作面超前支承压力分布图 在 0- 20m 范围内， 煤体在支承压力作用下裂隙 发育， 在该范围内注浆所需注浆量大， 且易影响工 作面生产， 注浆效果较差。 在大于 55m 的区域 4 ，煤体受采动影响小， 裂 隙不发育， 注浆效果差。 在 20- 55m 的区域 3 内，煤体受到支承压力影 煤矿现代化2019 年第 3 期总第 150 期 力学参数 体积模量 K/GPa 剪切模量 G/GPa 内摩擦 φ/ 黏聚力 c 密度 / （kg m-3） 方案一6.90.2125.31400 方案二7.91.2157.31400 方案三8.92.2188.31400 方案四9.93.2219.31400 方案五6.90.2125.31400 方案煤体塑性破坏区深度 /m顶板塑性破坏区深度 /m 方案一3.57.0 方案二2.55.5 方案三2.04.0 方案四2.03.0 方案五7.06.0 11 ChaoXing 响裂隙较为发育， 利于浆液扩散， 煤体自身承载力 强，注浆效果最好。因此，最佳的注浆位置为 20- 55m 范围。 4.3注浆效果 经过注浆加固后， 1307 工作面回采顺利。在通 过 100- 230m 的注浆区域时，工作面共发生小范围 的顶板事故 8 次， 较初采期间顶板事故发生次数大 幅减小， 工作面顶板、 煤壁基本稳定， 工作面能够实 现正规循环作业， 推进速度提高 45。 5结语 1） 对综采工作面进行预注浆能有效降低大采高 工作面因构造引起的片帮冒顶事故。 2） 在顶板发生冒顶的过程中， 煤壁的强度是关 键的影响因素， 决定了工作面能否对顶板形成有效 的支护， 应重点加强煤体强度。 3） 工作面预注浆应选择在工作面前方 20- 55 m 的范围内。 参考文献 [1] 雷武林， 余 岚， 焦 彪， 等．松软不稳定煤层综采工作面 煤壁片帮机理及防治研究 ［J］ ．煤炭工程， 2018， 5 （9） 67－70. [2] 张江利， 陶广美.松软煤层大采高工作面深孔注浆加固技 术 ［J］ .煤矿安全,2018， 49 （9） 175- 178. [3] 张喜传， 周玉军， 张海波.基于新型注浆材料的工作面过 破碎断层措施 ［J］ .煤矿安全,2018， 49 （9） 187- 193. [4] 陈晓祥， 吴俊鹏.断层破碎带中巷道围岩大变形机理及控 制技术研究 ［J］ . 采矿与安全工程学报,2018,35 （5） 885- 892. [5] 余孝民， 都海龙.大采高工作面端头无机注浆加固技术研 究 ［J］ .煤炭技术,2018,39 （9） 41- 43. 作者简介 张建丽， 工作单位 山西省长治经坊煤业有限公司， 男， 汉族， 出生于 1971 年 7 月， 中共党员， 大专， 采矿工程助理工 程师。（收稿日期 2018- 12- 1） 夏店煤矿北翼采区通风系统优化改造研究 王永红 （山西潞安矿业集团慈林山煤业有限公司夏店煤矿，山西 襄垣 046200 ） 摘要 通风系统的优化设计对于矿井安全生产至关重要，本文针对夏店煤矿矿井通风阻力大和供 风量小等通风系统改造难题， 结合夏店煤矿生产衔接计划及长远规划， 对北翼采区、 三一采区、 三二采 区合理衔接与通风系统优化调整方案进行了预测分析，对可能进行的北翼采区通风系统优化改造方 案进行了比较， 利用夏店煤矿矿井通风管理信息系统提出了最终的北翼采区通风系统改造实施方案。 关键词 夏店煤矿 ； 通风系统优化 ； 通风仿真 ； 方案比较 ； 实施方案 中图分类号 TD724文献标志码 A文章编号 1009- 0797 （2019 ） 03- 0012- 03 Optimization of Ventilation Aystem in North Wing Mining Area of Xia Dian Coal Mine WANG Yonghong （Xiadian coal mine ofCilinshan mine Limited Companyin Luan mine Group , Changzhi Xiangyuan 046203） Abstract The optimization design ofventilation system is veryimportant for the safetyofmine production. In this paper, the problems ofven- tilation system transation in Xia store coal mine with large ventilation resistance and small air supply are difficult. Combining with the production connection plan and long- term plan ofXia Dian coal mine, the rational adjustment and adjustment ofthe northern wing, 31 and 32 areas are optimized and the ventilation system is optimized. The case is predicted and analyzed, and the ventilation system optimization scheme for the North Wing mining area is compared, and the final ventilation system transation scheme is proposed by using the mine ventilation management ination systemin the Xia store coal mine. Key words Xiadian coal mine ; Ventilation systemoptimization ; Ventilation simulation ; Scheme comparison ; Implementation plan 0引言 矿井通风系统优化改造可分为两个类型一是 对通风网络进行优化改造， 实现通风系统降阻， 提高 矿井有效风量率； 二是对通风动力进行改造， 结合通 风网络优化改造， 满足矿井安全生产、 通风可靠[1]。夏 店煤矿随着采区衔接带来的通风系统调整， 即随着北 翼采区的开拓和回采， 将面临北翼采区、 三二采区和 目前的三一采区同时存在的情况， 按目前的通风系统 将不能满足以上开拓和回采需要。 煤矿现代化2019 年第 3 期总第 150 期 12 ChaoXing