厚硬岩层下顶煤冒放性分析

第44卷第3期2021年3月煤炭与化工Coal and Chemical IndustryVol44No.3Mar.2021采矿与井巷工程塔山煤矿81161作面顶煤冒放性的研究与评价赵泽潭（同煤集团塔山煤矿，山西大同037007）摘要：针对塔山煤矿开采过程中存在的顶煤冒落不充分，以及顶煤落石无法完全充填空区，对开采工作造成影响的问题，本文通过分析研究塔山煤矿的顶板冒放性，运用隶属度值法对8116综放工作面顶煤冒放性进行评价，得出该工作面顶煤冒放性隶属度值“=0.718,属一般级别，采取二氧化碳预裂措施致使垮落，该方案的应用，为提高工作面放顶煤生产效率提供技术支持。

关键词：工作面；顶煤冒放性；厚煤层；隶属度中图分类号：TD823.49文献标识码：B文章编号：2095-5979（2021）03-0015-03 Research and evaluation of the top coal caving of8116working face in Tashan MineZhao Zetan(Tashan Mine,Datong Mining Group f Datong037007,China)Abstract:To address the problems of inadequate top coal caving and inability of top coal drop filling the goaf during themining process of Tashan Mine,which aQects the mining work.In this paper,by analyzing and researching the top coal riserin the Mine,the affiliation value method was used to evaluate the top coal riser of8116fully release working face,the topcoal caving affiliation value/x=0.718,which was of general level,and the carbon dioxide pre—cracking measures were takento cause the collapse,and the application of this scheme provided technical support to improve the production efficiency oftop coal release at the working face.Key words:working face;top coal caving;thick coal seam;affiliation degree解、并氏硬度^2.7~3.7；煤层含1~2层夹肝，厚度1酰加0.30~0.90m,平均0.49m,岩性均为炭质泥岩叫塔山煤矿8116综放工作面煤层厚度15.6m,宜接顶厚度5.8~13.5m,平均为9.5m,老顶厚度煤层开采平均厚度13.8m,开采深度487.3m,普8.5~14.3m,平均11.3m,其物理力学性质见表1。

ＳｅｒｉａｌＮｏ．６１４Ｊｕｎｅ２０２０现　代　矿　业ＭＯＤＥＲＮＭＩＮＩＮＧ总第６１４期２０２０年６月第６期 国家重点研发计划项目（编号：２０１７ＹＦＣ０８０４２００）；国家自然科学基金面上项目（编号：５１６７４１４３，５１８７４１７６）。

刘　学（１９８７—），女，助理研究员，硕士，１０００１３北京市朝阳区。

厚层坚硬顶板定向水力压裂强制放顶技术研究刘　学１　李宏艳１　李　磊２　刘宁宁１（１．煤炭科学技术研究院有限公司；２．中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院） 摘　要　针对厚层坚硬顶板工作面初采期间顶板大面积悬空，初次来压步距大，矿压显现强烈，易诱发冲击地压等动力灾害的问题，依据定向水力压裂技术原理，研发了定向水力压裂成套装备，制定了顶板定向压裂施工工艺；结合西部矿区厚层坚硬顶板条件，分析注水压力、压裂层位、钻孔间距等关键参数，开展了３１０４工作面初采期间定向水力压裂工程实践，并通过实测顶板垮落情况和分析支架阻力，检测了实施效果。

结果表明，直接顶初次垮落步距约１１ｍ，初次来压步距平均值为３１．８ｍ，与未处理顶板相比，初次来压步距减少了６２．６％，初次来压时，矿压显现较类似工作面大幅减弱，避免了厚层坚硬顶板的大面积悬空，保证了工作面安全回采。

关键词　厚层坚硬顶板　定向水力压裂　强制放顶　注水压力　压裂层位ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４ ６０８２．２０２０．０６．０４９ 我国煤炭开采条件复杂，新疆、内蒙古、大同等地均发生过顶板大面积动力垮冒导致的安全事故。

我国综采工作面坚硬顶板比例达到３８％［１］，厚硬顶板初采来压强烈的顶板达到了４０％［２］。

有效地预裂顶板，降低顶板来压尤其是初次来压，是保证厚层坚硬顶板工作面安全开采的首要技术问题。

厚层坚硬顶板弱化技术主要有深孔爆破预裂和水力压裂２种方式［３ ５］，其中，深孔爆破预裂在操作过程中安全隐患大，操作要求高，预裂裂隙呈扩散状，传统的水力压裂难以控制裂缝的扩展方向［６］。

分析煤矿采场顶板冒落机理及其控制引言据不完全统计，顶板冒顶事故占到总煤矿事故的2/5以上，其中以工作面顶板冒顶事故最为突出。

采煤工作面是采煤的主要工作场所，此处人员和设备相对集中，其安全性直接关系到人员的生命安全和煤矿的生产效益，因此需做好顶板的管理工作。

影响采煤工作面顶板稳定的因素是多方面的，笔者认为应从4个方面进行分析，然后以此为基础并结合矿山具体地质条件制定出合理的采场顶板控制措施。

1、煤矿采场顶板冒落机理分析1.1 应力集中影响在采矿工程进行以前，岩体周围应力水平处于原始平衡状态。

煤炭采掘后，这个平衡状态会因此而打破，在采场周围形成“三带”，岩石结构遭到破坏，原岩应力会重新进行分布。

随着采矿工程的继续，工作面不断向前推移，原岩应力不断发生变化，应力场也会向前移动并形成新的应力场，采场顶板悬空而形成应力集中。

根据“压力拱假说”，由于顶板受到应力集中的作用，回采空间形成后导致冒落拱范围内的岩体力学失稳，表现为逐渐向下移动趋势，并在拱中央部位形成拉应力。

一旦此拉应力超过岩石抗拉强度极限时，首先在上述岩体中产生裂隙，然后随着时间效应的影响，裂隙会逐渐扩大，最终形成顶板冒落。

1.2 结构弱面影响结构弱面的形成与地质构造因素有关，也就是说采场内所有岩体必然会存在结构弱面，是采场顶板冒落影响因素之一。

结构弱面一方面会破坏顶板的结构完整性，导致顶板的应力强度降低，一方面会使得顶板组合结构发生变化。

当层理、裂隙等构造发育时，采场容易出现小范围的冒顶事故，某些情况下甚至会引发较大规模的顶板冒顶事故。

由于结构弱面的影響，顶板岩体不是作为整体结构而存在，岩性也会发生变化。

顶板冒落时，岩体破坏形式主要表现为岩石容易沿着结构弱面而出现离层发育，导致与母体逐渐分离，裂隙逐渐扩大，顶板岩石强度进一步降低，力学平衡结构遭到破坏，造成滑落失稳。

结构弱面的倾角会影响采场顶板的稳定性，例如，具有斜交层理结构的顶板，其稳定性就比具有水平层理的顶板的要强得多。

关于煤矿顶板事故的分析摘要：顶板事故对矿井安全生产危害极大，据统计，冒顶事故所占的比例占其他事故的60%以上，伤亡人数占40%左右。

因此，我们必须分析掌握煤矿发生冒顶事故的原因、预兆、研究有效预防措施，以降低煤矿顶板事故的发生，保证煤矿安全生产。

关键词：顶板顶板事故顶板压力一、顶板类型煤层顶板由伪顶、直接顶和老顶构成。

伪顶是指紧贴在煤层之上，极易垮落的薄岩层；直接顶是位于伪顶或煤层（无伪顶时）之上，一般由一层或几层厚度不定的泥岩、页岩、粉砂岩等比较容易垮落的岩层所组成，直接顶按稳定性可分为：不稳定顶板，中等稳定顶板，稳定顶板，坚硬顶板；老顶又叫基本顶，顶板分为坚硬难冒顶板、破碎顶板和复合型顶板。

坚硬难冒顶板是指直接顶岩层比较完整、回柱后不能立即垮落的顶板。

破碎顶板指的岩层的强度低、节理裂隙十分发育、整体性差，自稳能力低，并在工作面控顶区范围内维护困难的顶板。

二、顶板事故的分类按发生冒顶事故的力学原因，可将顶板事故分为压垮型冒顶、漏垮型冒顶和推垮型冒顶三类。

1、局部冒顶，局部冒顶是指冒顶范围不大，有时仅在3-5支架范围内，伤亡人数不多（1-2人）的冒顶。

实际生产中局部冒顶的次数远大于大型冒顶事故，约占采场冒顶事故的70%，危害比较大。

2、大型冒顶；大型冒顶是指范围较大，伤亡人数较多（每次死亡三人以上）的冒顶。

3、压垮型冒顶，因支护强度不足，顶板来压时压垮支架而造成的冒顶事故。

二、冒顶事故原因冒顶事故发生的根本原因在于开采过程中矿山压力的活动所造成。

顶板的矿山压力活动过程中发生不同程度的变形，先是沿着顶板节理出现裂隙，产生离层现象。

此时，如果顶板管理不当，支护质量不好，压力继续增大，岩石变形超过弹性变形极限，就会出现断裂、垮落、片帮或局部冒顶。

从发生冒顶事故的原因分析，有的属于对客观事物的认识不足，而较多的则是现场管理不善所造成。

三、冒顶的预兆冒顶的预兆是多方面的，有声音方面、顶板上的、支架及棚子上的及煤帮上的预兆等。

综采放顶煤采场厚层坚硬顶板稳定性分析及应用一、本文概述本文旨在深入研究综采放顶煤采场厚层坚硬顶板的稳定性问题，探讨其在实际工程中的应用。

随着煤炭开采技术的不断发展，综采放顶煤技术已成为煤炭行业的一种重要开采方式。

在综采放顶煤采场，厚层坚硬顶板的稳定性问题一直是制约安全生产和技术进步的关键问题。

本文通过分析厚层坚硬顶板的稳定性因素，提出相应的控制措施，以期提高综采放顶煤采场的安全性和生产效率。

本文首先介绍了综采放顶煤采场厚层坚硬顶板的特点和稳定性问题，阐述了顶板稳定性的重要性和研究意义。

通过对国内外相关文献的综述，总结了目前关于综采放顶煤采场厚层坚硬顶板稳定性研究的现状和进展。

在此基础上，本文重点分析了影响综采放顶煤采场厚层坚硬顶板稳定性的主要因素，包括地质因素、开采因素、支护因素等。

同时，结合工程实例，对厚层坚硬顶板的稳定性进行了深入的分析和研究。

本文还提出了一些针对综采放顶煤采场厚层坚硬顶板稳定性控制的措施和建议，包括优化开采布局、改进支护技术、加强顶板监测等。

这些措施和建议可以为实际工程提供有益的参考和指导，有助于提高综采放顶煤采场的安全性和生产效率。

本文总结了研究成果和结论，指出了研究中存在的不足和需要进一步研究的问题，为今后的研究提供了方向和思路。

本文旨在深入分析综采放顶煤采场厚层坚硬顶板的稳定性问题，提出相应的控制措施，为实际工程提供有益的参考和指导，促进煤炭行业的安全生产和技术进步。

二、综采放顶煤采场厚层坚硬顶板的特点综采放顶煤采场厚层坚硬顶板是一种特殊的采煤工作环境，具有一系列独特的特点。

这种顶板的厚度较大，往往超过常规的采煤工作面顶板，这使得在采煤过程中需要面临更大的顶板压力。

这种压力不仅来源于顶板的自重，还来源于采煤机械作业对顶板的扰动。

厚层坚硬顶板的强度高，不易变形。

这种特性使得在采煤过程中，顶板能够保持较好的稳定性，但同时也增加了采煤的难度。

因为在采煤过程中，必须采取适当的措施来防止顶板突然垮落，以免对采煤工人和设备造成危害。

采煤工作面发生冒顶的原因及预防措施顶板事故是指：在井下采煤过程中，顶板意外冒落造成的人员伤亡、设备损坏、生产中止等事故。

按冒顶范围可将顶板事故分为局部冒顶和大型冒顶两类。

局部冒顶指范围不大，有时仅在 3~5 支架范围内，伤亡人数不多(1~ 2 人)的冒顶，常发生在挨近煤壁四周、工作面两端以及放顶线四周。

在实际煤矿生产中，局部冒顶事故的次数远远多于大型冒顶事故，约占工作面冒顶事故的 70％，总的危害比拟大。

从开采工序与顶板事故发生的地点来看，局部冒顶可分成：挨近煤壁四周的局部冒顶；工作面两端的局部冒顶；放顶线四周的局部冒顶；地质破坏带四周的局部冒顶。

大型冒顶指范围较大，伤亡人数较多 (每次死亡 3 人以上)的冒顶。

它包括老顶来压时的压垮型冒顶、厚层难冒顶板大面积冒顶、直接顶导致的压垮型冒顶、大面积漏垮型冒顶、复合顶板推垮型冒顶、金属网下推垮型冒顶、大块游离顶板旋转推垮型冒顶、采空区冒矸冲人工作面的推垮型冒顶及冲击推垮型冒顶等。

(一)采场局部冒顶的原由分析与防治1．局部冒顶的预兆局部冒顶，由于预兆不明显，零打碎敲，易被人无视，但只要认真观看，也可以发觉一些征兆。

对以下特殊状况要特殊留意：1)响声。

岩层下沉断裂、顶板压力急剧加大时，木支架就会发生劈裂声，紧接着消失折梁断柱现象；金属支柱的活柱急速下缩，也发出很大声响。

有时也能听到采空区内顶板发生断裂的闷雷声。

2)掉渣。

顶板严峻裂开时，折梁断柱就要增加，随后就消失顶板掉渣现象。

掉渣越多，说明顶板压力越大。

在人工顶板下，掉下的碎矸石和煤渣更多，工人叫“煤雨”，这就是发生冒顶的危（wei）险信号。

3)片帮。

冒顶前煤壁所受压力增加，变得松软，片帮煤比寻常多。

4)裂缝。

顶板的裂缝，一种是地质构造产生的自然裂隙，一种是由于采空区顶板下沉引起的采动裂隙。

老工人的阅历是：“流水的裂缝有危（wei）险，由于它深；缝里有煤泥、水锈的不危（wei）险，由于它是老缝；茬口新的有危（wei）险，由于它是新生的。