急倾斜煤层顶板事故原因及防治措施研究

作者:石宇 刊名:科技创新与应用 上传者:汤宏伟

【摘要】急倾斜煤层顶板事故一直是威胁采矿安全生产的重大灾害之一,文章分析了急倾斜采煤顶板运动规律,将急倾斜煤层顶板事故分为漏垮型冒顶、压垮型冒顶、复合顶板推垮型冒顶、冲垮型冒顶四种不同类型,论述了倾斜煤层工作面矿压显现特点,提出了有针对性的控制方法和手段,为我国的急倾斜煤层的安全高效开采提供了理论指导。

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引言急倾斜煤层储量占我国煤炭总储量的40%,分布广泛,几个比较大的煤炭基地,都有急倾斜煤层,如黑龙江省四大矿区具有急倾斜煤层,新疆矿区50%煤层为急倾斜煤层。急倾斜煤层大多地质条件复杂,煤层经过多次地质变动,煤层倾斜角度变大,煤层赋存不稳定,导致急倾斜煤层开采在煤层开采顺序、开采方法、开采工艺、工作面支护、顶板管理、工作面矿压显现规律等方面与缓倾斜煤层相比均有所不同,且急倾斜煤层的矿山压力分布复杂,顶板事故多,给煤矿安全开采和井下作用人员生命安全造成极大威胁[1,2]。据统计,急倾斜煤层矿井顶板事故占矿井事故的46.43%,因此,深入分析急倾斜煤层顶板事故原因和条件,研究有效的顶板事故防治措施,已成为亟待解决的重大课题[3,4]。1急倾斜采煤顶板运动规律急倾斜采煤工作面的顶板事故是由直接顶和老顶大面积运动造成,特点是顶板突然来压面积大、破坏性大,导致支架大量折断,造成灾难性事故,往往导致采煤工作面人员伤亡,设备损坏,严重影响煤矿安全生产。顶板事故是由开采过程中矿山压力的活动所造成,因而必须了解工作面超前支撑压力峰值位置和范围,才能预测开采过程中顶板破坏和断裂位置[5],进而采取合理措施防止急倾斜煤层顶板事故发生。根据大量现场数据及相关文献研究,分析总结了急倾斜煤层超前支撑压力峰值位置和范围的影响因素以及变化规律。1.1煤层倾角是影响工作面超前支撑压力峰值位置和作用范围的重要因素由于煤层倾角的变化造成工作面上覆岩层结构发生变化,导致工作面超前支撑压力峰值位置和作用范围与水平煤层不同,工作面上覆岩层在重力的作用下,直接顶岩层发生法向弯曲,并向采空区方向的移动和滑落,采空区偏上山方向的上方覆岩易发生破坏。1.2煤层倾角变化与巷道超前支撑压力峰值位置和作用范围变化具有规律性在煤层倾角一定的条件下,随着工作面的不断掘进,巷道超前支撑压力范围逐渐减小,压力峰值逐渐向下端头位置靠近;在工作面推进距离一定的条件下,研究分析了煤层倾角与巷道超前支撑压力范围和峰值位置的关系曲线,发现其曲线都为上凸型或近似上凸型,说明随着煤层倾角的增加,支撑压力范围先增大后减小,支撑压力峰值位置先向远离下端头的位置移动,后又逐渐向下端头靠近。经理论计算与实验验证,当煤层倾角接近70时,支撑压力达到最大值,此时下巷顶板应力集中程度加剧,容易发生更大区域的破坏,另外中巷道与工作面的拐角处以及下端头位置也是应力集中区,这些位置是易发生顶板事故的危险区域,应提前对这些位置采取相应的解危措施,并通过增加支柱数量和承载力来提高支柱强度。1.3煤层倾角变化与工作面超前支撑压力峰值位置和作用范围变化具有规律性煤层倾角的变化对工作面超前支撑压力作用范围和峰值位置的影响恰好与巷道的相反。煤层倾角与工作面超前支撑压力作用范围和峰值位置曲线均呈下凹型。当煤层倾角为70时,工作面超前支撑压力作用范围最小,随着工作面推进距离的不断增加,工作面超前支撑压力作用范围均减少10m左右。工作面推进距离与工作面超前支撑压力作用范围和峰值位置呈递减关系,当煤层倾角为70时,随工作面推进距离的不断增加,工作面超前支撑压力峰值位置逐渐向工作面方向靠近,此时工作面前方顶板的应力高度集中,易被拉断或剪断,工作面发生冲击地压事故危险性增加,因而需采取必要的预防措施,加强工作面的支护强度,避免冲击事故发生。2急倾斜采煤工作面的顶板事故类型急倾斜煤层工作面顶板事故类型有四种:(1)漏垮型冒顶。发生事故的工作面煤层倾角较大,直接顶异常破碎、松散,若不能及时有效的控制顶板,如采场支护系统中有某个地点失效发生局部漏冒,顶板上部抽空后,就会因支

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