急倾斜薄煤层巷道变形破坏及顶板冒落特征分析

作者:曹建辉;刘华君 刊名:山西焦煤科技 上传者:何显亮

【摘要】急倾斜煤矿开采过程中,由于巷道顶板支护效果差,地质构造应力影响,煤层开采方法不同等导致了煤层巷道变形破坏及顶板冒落,给正常的工作面回采、煤炭及其他物料的运输带来巨大影响,导致工作面不能正常生产,甚至停产。因此,以赵家坝矿1922工作面巷道为工程背景,对急倾斜薄煤层巷道变形破坏及顶板冒落的影响因素及特征,急倾斜薄煤层巷道及煤层、顶底板的关系进行研究,可以此特征为依据采取有效的措施,避免巷道顶板冒落发生重大事故。

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顶板事故是煤矿五大自然灾害之一,据资料统计,在煤矿事故中,冒顶事故伤亡人数占40%以上。近年来,随着采煤方法、采煤技术及装备水平的提高,顶板事故逐步下降[1],相比之下,由于巷道支护技术和装备投入以及理论研究相对较弱,巷道顶板事故发生率呈现相对上升趋势。神华宁煤集团枣泉煤矿12205首采面胶带运输巷、黑河市151煤矿等都发生过顶板冒落事故,给矿井安全生产造成了极大的危害。我国学者对于急倾斜煤层开采顶板应力及变形情况的研究已经日渐成熟[2-3],但对于薄煤层工作面研究较少[4],而对于急倾斜薄煤层巷道顶板冒落及巷道变形研究更少。因此,研究急倾斜薄煤层巷道顶板冒落及巷道变形机理,为急倾斜薄煤层巷道支护及管理提供理论依据,显得尤为重要。赵家坝矿+115m水平102采区9#煤层厚度0.77~0.85m,平均0.79m,煤层倾角52~64,平均56,为急倾斜薄煤层,1922工作面采用伪倾斜柔性掩护支架采煤法,俯伪斜角度为30,1922工作面上部为采空区,巷道采用锚网支护。开采过程中运输巷顶板压力大,顶底板变形严重。因此,本文以1922工作面巷道为工程背景,研究1922工作面巷道变形破坏及顶板冒落特征。1巷道变形破坏及顶板冒落影响因素分析1.1自然因素1)岩石物理性质。岩石的物理力学性质对巷道顶板变形及冒落影响很大,坚硬岩石受力不易变形,不易冒落,岩石变形量小,但是冒落则体现为冒落块度大。松软岩石受力易变形,变形量较大,更容易冒落,顶板冒落体现为冒落块度小,尤其松软岩石在巷道支架或单体支柱的多次支撑作用下,更容易发生变形及顶板冒落。2)地质构造。岩石的地质构造对巷道变形破坏也有影响,当巷道处于断层或者陷落柱地段附近,巷道变形会很大,局部出现大面积的冒落,巷道支护困难;当巷道顶板岩层中有弱面时,顶板岩层的离层量大,离层导致顶板出现冒落。3)煤层倾角。煤层倾角不同会使巷道变形破坏不同,在急倾斜煤层中工作面与回采巷道之间特殊的连接方式使区段煤柱成为巷道的帮部和顶板,形成帮顶倒置状态,区段煤柱的失稳导致巷道的变形破坏,使急倾斜煤层巷道容易出现靠近煤层区域顶板抽条冒落、鼓帮[5]。在近水平煤层或者缓斜煤层中容易出现顶板变形弯曲甚至冒落的情况。4)开采深度。开采深度不同,巷道承受的上覆岩层重量不同。随着开采深度的增加,巷道容重增加,工作面掘出巷道后,超前支承压力明显增加,从而导致巷道变形量及破坏加重,甚至出现大面积冒落。5)其他因素。引起巷道变形破坏及冒落的因素是多方面的,在工作面开采过程中,上覆岩层结构破坏导致顶板上方含水层通过导水裂隙带进入工作面和巷道,致使巷道顶板岩石遇水软化膨胀,造成岩块间滑落,使巷道围岩变形量增加,甚至冒落。其次,巷道形成后,巷道表面岩石在工作面通风等作用下产生风化、软化等情况,从而岩石强度降低,造成巷道局部顶板变形破坏,甚至冒落。1.2开采方法及技术因素1)采煤方法。采煤方法不同,巷道布置方式就有差异。近距离煤层群开采,上行开采和下行开采巷道受采动影响不同。走向长壁和倾斜长壁开采中巷道布置受采动影响等不同,导致巷道变形破坏影响不同。2)巷道与开采工作面关系。当巷道为首采工作面巷道时,巷道受一侧采动影响,巷道变形破坏相对较小,巷道受两侧采动影响,巷道变形量更大,当工作面位于采空区下方时,巷道不仅受工作面采动影响,同时受到上方煤层工作面采动影响,巷道的变形破坏更为严重,同时发生巷道巨大变形及冒落的倾向性加大。3)巷道支护情况。巷道支护对巷道变形的影响较大,比如采用锚杆支护、U型钢支架支护、锚索网支护或者锚注支护等。2巷道与煤层和顶底板关系分析当巷

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