首页 > 论文范文 > 工程工业论文 > 工程综合论文 > 矿业工程论文 > 急倾斜煤层走向长壁工作面松软煤层及软弱底板的防治工艺探讨

急倾斜煤层走向长壁工作面松软煤层及软弱底板的防治工艺探讨

2025-04-02 100 上传者：管理员

摘要：急倾斜煤层走向长壁工作面在开采过程中，松软煤层及软弱底板问题极大地限制了煤矿智能化开采的飞速发展，其产生的煤壁片帮和底板破坏、滑移问题极易造成人员伤亡、设备损坏等安全生产事故，给煤矿安全生产带来极大的威胁。对急倾斜煤层走向长壁工作面的松软煤层及软弱底板产生的原因进行分析，并对其防治工艺进行探讨，为类似地质条件下复杂煤层开采提供借鉴。

关键词：
底板破坏
急倾斜
松软煤层
软弱底板
长壁工作面
加入收藏

我国将复杂地质条件煤层智能综采作为煤炭工业“十四五”十项重大技术创新示范之一[1]｡其中,急倾斜煤层(煤层倾角大于45°)是典型的复杂地质条件煤层,该类煤层广泛赋存于我国西部的四川､新疆､甘肃､贵州等地,且多为我国紧缺和保护性开采的优质煤炭(种)资源｡截至2020年底,埋藏条件相对较好､倾角为35°~55°的大倾角煤层大多已实现长壁综合机械化开采,且取得了显著的经济社会效益,为我国区域经济社会发展提供了重要的支撑[2]｡

在急倾斜煤层走向长壁工作面开采过程中遇到的松软煤层及软弱底板问题极大地限制了智能化开采的飞速发展,其倾角大､装备稳定控制工序复杂等因素,严重影响了该类煤层工作面产效｡如何有效解决急倾斜煤层走向长壁工作面的松软煤层及软弱底板带来的煤壁片帮及底板破坏､滑移难题是煤矿工程技术的重要研究方向之一｡

1、急倾斜煤层走向长壁工作面松软煤层及软弱底板产生的原因

对于长壁工作面来说,急倾斜煤层的存在可能会导致煤层松软及软弱底板问题｡这些问题会给采煤工作带来一定的困难和风险｡其产生的原因:

(1)急倾斜煤层本身的地质构造影响是导致松软煤层及软弱底板问题的主要原因之一｡急倾斜煤层通常伴随着构造变形和应力集中｡在这种情况下,煤层可能出现裂隙､节理和断层,从而导致煤层的松软和底板的软弱｡此外,急倾斜煤层的倾角较大,煤岩层的稳定性将受到一定程度的影响,从而加剧煤层及底板的松软和软弱｡

(2)长期的煤矿开采活动也是导致煤层松软和底板软弱的重要原因｡在采煤过程中,矿井的支护和巷道的开挖会对煤层和底板施加较大的压力,从而使煤层及底板产生变形和破坏｡特别是在急倾斜煤层中,煤体的压实性较差,容易发生松软现象｡

(3)煤层的物理和化学特性也会影响煤层及底板的松软和软弱情况｡煤层的孔隙结构､煤体的硬度和强度等物理特性,以及含硫量､含灰量等化学特性,都会影响煤层及底板的稳定性｡在急倾斜煤层中,煤体的物理和化学特性可能导致煤层松软和底板软弱现象的加剧｡

2、急倾斜煤层走向长壁工作面松软煤层及软弱底板产生的危害

近年来,煤矿开采面临越来越严峻的挑战,其中急倾斜煤层走向长壁工作面常常伴随着松软煤层和软弱底板,容易发生煤壁片帮(如图1所示)和底板破坏､滑移,给矿井生产安全运行带来极大危害和隐患｡

图1工作面煤壁片帮示意图

急倾斜煤层走向长壁工作面开采过程中煤壁片帮概率除随采高增加而上升外,还与煤层或工作面倾角正相关,即随着煤层或工作面倾角的增加,煤壁片帮的可能性也会加大｡在急倾斜煤层工作面,煤壁片帮除引起架前漏冒,打破工作面由顶板､支架和底板构成的系统平衡外,还会在工作面形成飞矸,造成人员伤亡､设备损坏等安全生产事故｡顶板-支架-底板平衡系统如图2所示｡

图2顶板-支架-底板平衡系统

与此同时,由于煤层或工作面倾角大,松软的工作面底板岩层自身具有向卸荷空间运动的特性,即底板鼓起和滑移｡松软底板出现破坏､滑移一方面是底板岩层本身性质所致,另一方面则是由工作面支架下陷造成的,当其完整性受到损伤和破坏时,底板破坏､滑移的概率会急剧增大｡底板破坏､滑移与煤壁片帮一样可能打破工作面顶板-支架-底板系统的平衡,同时其与工作面支护系统相互作用会导致恶性循环,使可能出现的小隐患逐渐演化为大事故｡

3、急倾斜煤层走向长壁工作面松软煤层及软弱底板的防治工艺探讨

针对急倾斜煤层走向长壁工作面开采过程中的松软煤层及软弱底板2个问题的产生的原因和它们的危害性,为实现安全生产的目标,必须对隐患采取预防和控制相结合､采煤装备与回采工艺配合的防治工艺｡

(1)松软煤层防治工艺的探讨

松软煤层极易产生煤壁片帮,其防治工艺的关键点:

①适当提高工作面液压支架的工作阻力来减小顶板载荷,在顶煤松散时,提高工作面支架工作阻力对于控制煤壁片帮效果尤其明显｡

②工作面支架可通过增设护帮板和伸缩顶梁来增加对煤帮的支护,在截煤､推溜､移架时采取及时支出伸缩顶梁及展开护帮板的支护工艺对新裸露顶板与煤壁侧及时支护｡

③对于工作面回风巷上端头等容易发生片帮冒顶的区域,一般情况下可采取向煤壁内灌浆等加固手段,在煤岩中形成网格结构加强肋来支撑煤壁防止垮塌,如图3所示｡

图3松散煤壁加固

④保证工作面回采率和满足放顶煤允许采放比的条件下,尽量降低煤壁高度以减少煤壁自身失稳的概率｡

⑤急倾斜工作面一般采用伪斜开采的方法来防止三机设备下窜｡在采煤机截煤作业过程中如果不能及时支护新暴露的顶板和煤壁,工作面顶板因暴露时间过长,压力增大,容易形成片帮｡所以选择合理的回采工艺,对防止急倾斜工作面伪斜开采过程中遇到的片冒问题尤其重要｡

⑥严格煤帮管理,严格控制采高,禁止空顶作业｡采煤机截煤时下方支架立柱前端及煤壁侧不得有人通行或作业｡工作人员在停机处理片帮､清除浮矸时要做好自身防护工作,必须在片冒处下方的采煤通道中设置挡矸临时装置,防止飞矸;并在工作面每5或6架支架之间增设架间挡矸装置以防止煤矸滚落伤人｡采高控制在规定范围内,不得超高,保证支架正常接顶｡在顶煤破碎､支架梁端顶煤发生冒顶时,必须及时用坑木和木板等支顶,使支架顶梁前端与伸缩梁能有效地支撑顶板｡

⑦防止挑顶卧底｡采煤工人技术水平的高低,直接关系着工作面的开采进度｡随着综采工作面大量采用电液控制及自动化跟机截煤控制系统后,对采煤机司机及拉架工的技术水平逐渐降低,但对工作面自动化控制系统的要求越来越高｡截煤后必须保证壁直底平;移架要快､推进准､姿态正,支护要及时｡

⑧合理的工作面伪斜角度,适当的推进速度｡调整工作面伪斜来调整支架推进方向与工作面回采方向保持相对一致[3]｡一般情况下工作面伪斜角度会随工作面倾角增大而增大,但较大的伪斜角度会造成煤壁大面积片帮,所以合理的伪斜角度既能降低工作面开采难度,又能很好地控制片帮｡同时适当加快推进速度以减少煤帮暴露时间｡

(2)软弱底板防治工艺的探讨

防止工作面底板破坏､滑移工艺的关键点:

①在工作面支架和输送机设计时增大与底板接触面积,减小局部区域(如支架前端和输送机加强肋处)对底板的比压,降低对底板造成损伤的概率[4],防止支架陷底｡

②在工作面推进过程中,确保开采面的伪斜角度适当,以减少输送机下滑或上窜的问题,避免支架底座随输送机移动而滑移｡在底板破碎带或松软区域加强支护,使用适当的支撑结构和材料,如注浆打锚的方式以增强局部底板稳定性｡

③在工作面进行支护时,要确保支柱的数量､间距和质量符合要求,同时加强对支护设施的检查和维护,及时修补和更换损坏的支柱和支护材料｡同时,要保证支架底座与底板的接触面受力均匀,防止支架倾斜甚至倒架;如果支架串底则需“抬底”前移｡

4、实施效果

川煤华荣能源有限责任公司太平煤矿31111工作面煤层走向呈东西方向,倾向呈南北方向变化,平均倾角52°(最小47°,最大56°),煤层平均厚度1.66m;石洞沟煤矿31111工作面煤层最小倾角45°,最大倾角65°,平均厚度3.7m;均为急倾斜煤层走向长壁工作面｡为应对其煤层松软易片帮､软弱底板易破底的问题,保证工作面机械化开采安全进行,实施了上述防治结合的工艺,取得了良好的效果｡突破了急倾斜煤层智能开采工艺,从本质上提升片帮与飞矸防控､支架行人空间防控､下端头安全防控的强度,实现了少人､无人作业｡

按矿方统计数据显示,同等条件下的工作面,采用松软煤层及软弱底板的防治工艺时,在减少片帮､破底等灾害治理方面节约的工作量及时间相当于可以多采煤1~2刀/d｡

5、结语

介绍了急倾斜煤层走向长壁工作面松软煤层与软弱底板的特性和危害,针对其特点研究加固技术和采取科学合理的加固措施,具有重要的理论和实践意义｡通过对地质条件的深入分析和合理的防治工艺设计,可以提高矿井的安全稳定性,保障矿工的安全,同时也为煤矿的高效开采提供了可靠的技术支持｡

参考文献:

[1]刘峰,曹文君,张建明,等.我国煤炭工业科技创新进展及“十四五”发展方向[J].煤炭学报,2021,46(1):1-15.

[2]伍永平,贠东风,解盘石,等.大倾角煤层长壁综采:进展､实践､科学问题[J].煤炭学报,2020,45(1):24-34.

[3]霍志朝,章之燕.大倾角综采工作面设备下滑控制技术实践[J].煤炭科学技术,2004(6):39-42.

[4]解盘石,吴少港,罗生虎,等.大倾角大采高开采支架动载失稳机理及控制[J].煤炭科学技术,2023,51(2):58-71.

文章来源:钟俞先,蒲海峰,杨琴.急倾斜煤层走向长壁工作面松软煤层及软弱底板的防治工艺探讨[J].煤矿机械,2025,46(04):129-131.