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2023年第3 期江西煤炭科技51复杂地质条件下综放工作面片帮控制技术探讨焦世雄（晋能控股煤业集团白洞矿业大同有限公司，山西大同0 3 7 0 0 0）摘要：本文以东周窑煤矿8 10 4综放工作面为工程实例，重点探讨煤壁易片帮问题及对策，以期确保回采安全；经分析，认为煤壁片帮是由回采时因煤层顶板垮落后，前方煤层的拉伸、剪切破坏造成的；针对回采地质条件，通过数值模拟分析后，拟采用顶板注浆加固、玻璃钢锚杆控制煤壁等技术措施；应用实践表明，回采期间煤壁片帮长度由最大7.3 m减少至1.8 m，片帮深度及高度由1.2 m减少至0.5m，煤壁片帮现象得到有效控制。关键词：综放工作面；片帮；控制技术；注浆加固；复杂地质条件中图分类号：TD355;TD265.4+8Discussion on Rib Spalling Control Technology in Fully-mechanized Caving Face under Complicated Geological(Baidong Coal Industry Datong Co.,Ltd.,Jinneng Holding Coal Industry Group,Datong,Shanxi 037000)Abstract:By analysis of the coal wall rib spalling caused by the stretching and shearing of the front coal seam after roof collapsein mining at 8104 fully-mechanized caving face of Dongzhouyao Colliery,the author proposes the coal wall control technologywith roof grouting reinforcement and FRP bolting through numerical simulation on the basis of mining geological conditions,whoseapplication shows that coal wall rib spalling can be effectively controlled with the decrease of rib spalling length from 7.3 m to1.8 m and depth and height from 1.2 m to 0.5 m during mining.Key words:fully-mechanized caving face;rib spalling;control technology;grouting reinforcement;complicated geologicalconditions1工作面概况1.1煤层赋存情况晋能控股煤业集团东周窑煤矿8 10 4综放工作面（以下简称工作面）位于该矿一盘区，工作面南部为采区3 条大巷，北部为8 10 2 工作面采空区，主采煤层为山西组4号煤层。4号煤层平均厚度为6.8 m，煤层内含有3 层煤研互层，夹层最大厚度1.5m，最小厚度0.3 m，平均0.7 m,其岩性多为炭质泥岩、泥岩、含碳页岩。煤层顶底板岩性如图1所示。岩性层厚/m柱状灰黑色、深灰色，巨厚层状，细砂岩质软，块状，含少量粘土质，28.8中夹薄层细砂岩，局部方解石脉状充填。黑色，泥质结构，块状构造，炭质泥岩2.6泥岩0.84号煤7.2粉砂岩6.5中砂岩49.1图1工作面综合柱状图文献标识码：BConditionsJiao Shixiong1.2地质构造情况8104工作面上、下顺槽掘进期间共揭露地质构造12 处，其中断层8 处、向斜3 处、陷落柱1处。根据矿井前期4号煤层回采经验，断层地质构造对回采期间生产组织影响较大。工作面两巷揭露落差大于2 m的断层有8 处，其中8 10 4下顺槽F81045-04断层最大落差为5m，位于工作面前方10 2 m处，工作面断层发育情况如表1所示。表1工作面2 m以上断层情况序号断层名称走向/倾向/倾角/落差/m1F81041-01岩性描述23F81041-034F81041-04平坦状断口，钙质胶结，局部火成岩侵入。黑色，质软，块状，性脆，斜层理，局部波状层理，断口平坦状，含植物化石。黑色，半光亮型煤，玻璃光泽条痕褐色，参差状断口，性脆，深灰色-灰黑色，巨厚层状，质软，具水平层理发育，局部方解石脉状充填，条带状结构，局部含植物根叶化石。灰白色，巨厚层状，含少量云母碎片及暗色矿物，石英为主，长石次之。文章编号：10 0 6-2 57 2(2 0 2 3)0 3-0 0 51-0 3154F81041-02208702495F81041-056F81041-067F81041-078F81041-081.3回采工艺工作面走向长度10 52 m，倾斜长度16 5m，采用长壁后退式、综合机械化低位放顶煤工艺，全部垮落法管理顶板。工作面采高为3.5m，放煤厚度6429834033933324335726721812811020073457075658575653.43.04.35.03.23.53.04.0523.3m，采放比约为1：1。采用“三八 制生产组织方式，每天8 点班检修设备，4点班、0 点班生产，工作面每循环回采进度0.8 m，每天完成4个正规循环，日回采进度3.2 m。2煤壁片帮分析2.1煤壁片帮统计分析为深入分析工作面煤壁片帮原因，在回采过程中对工作面共进行5个周期来压约3 0 m长度持续观测，观测结果如下：(1)煤壁片帮规格。经统计在3 0 m推进范围内，共出现煤壁片帮2 8 次，其中片帮长度在2 3 m的发生频率最大，占比3 1%；片帮高度在0 1m的发生频率最大，占比54%。煤壁片帮规格情况如图2所示。35 130252015121050-1 1-22-3 3-4 4-5 5-6 6片帮长度/m(a)煤壁片帮长度柱状统计601545040%/幸源30201000-1(b)煤壁片帮高度柱状统计图2 工作面煤壁片帮情况统计(2)煤壁片帮形式及位置。工作面顶板动压作用下，煤壁片帮主要受顶板来压后的拉伸及剪切机理破坏作用下产生，片帮的主要位置集中在煤壁上半部，如图3 所示。IP(a)拉伸破坏江西煤炭科技JP(b)剪切破坏图3 工作面煤壁片帮形式(3)地质构造影响。在两巷揭露断层位置附近，煤壁片帮严重加剧。工作面过F81045-04断层时，发生了该工作面回采期间最大片帮事故，其片帮规格为长高深=7.5m3.2m1.5m，工作面生产被迫暂停，对矿井正常生产组织造成严重影响。312.2煤壁片帮原因分析22（1)煤层硬度低。4号煤层为松软且不稳定煤18层，煤层结构简单，呈黑色，块状、粉末状、鳞片状，玻璃光泽，半亮型煤，普氏硬度系数f=0.53。煤层内含夹，在工作面顶板应力影响下，上部煤体极易2垮落形成片帮。(2)地质构造影响范围大。受工作面内断层、向斜等地质构造影响，煤体自身塑性受到破坏，煤层顶板围岩松散破碎,承压能力降低1-2 。在工作面回采至地质构造附近时，煤壁发生沿构造面下滑31造成片帮。(3)工作面现场管理不到位。工作面支架管理12不到位，中间支架位态不正，局部支架倾斜，出现3“咬架 顶梁抬头现象3-4。支架漏液多、初撑力不1-22-3片帮高度/m2023年第3 期3足，对工作面顶板支护效果不理想。(4)防片帮措施不到位。在煤壁出现片帮后，未及时采取有效措施，片帮蔓延或加剧，支架空顶面积加大，进而诱发原片帮位置附近持续发生片帮、局部冒顶等。3模拟分析3.1楼数值模型方案以工作面地质条件及设备配备建立UDEC数值模型，对工作面不同条件下煤壁片帮原因进行分析统计5。本次数值模拟主要对工作面端面距及液压支架工作阻力对煤壁片帮的影响程度进行模拟分析：(1)端面距分析。以支架工作阻力保持10400kN，分别模拟端面距在0 mm、2 50 mm、2023年第3 期500mm、7 50 m m、10 0 0 m m、12 50 m m 情况下煤壁片帮情况。(2)支架工作阻力分析。以端面距0.5m为标准，分别模拟支架工作阻力在1150 0 kN、12 0 0 0 k N、12500kN、13 0 0 0 k N、13 50 0 k N、140 0 0 k N情况下对煤壁的支撑、稳定作用影响。3.2数值模拟分析(1)端面距分析。通过数值模拟分析得出，端面距的大小对端面稳定性起到决定作用。在当端面距50 0 mm时，煤壁能够得到有效控制，,在端面距 50 0 mm时，煤壁稳定性降低严重，出现片帮；在端面距 1m时,片帮超过0.5m，冒顶超过1m，煤壁片冒情况严重。端面距数值模拟分析如图4(a)所示。(2)支架工作阻力分析。通过数值模拟分析得出，支架较大的工作阻力对煤壁失稳片帮有较好的控制效果。在支架工作阻力从1150 0 kN升至13000kN后，煤壁片冒规格大幅下降。在工作阻力增加至140 0 0 kN时，煤壁片冒情况基本已得到控制，支架工作阻力分析结果如图4(b)所示。21.510.50021.50.50115004煤壁加固技术通过以上片帮原因分析，结合UDEC数值模拟分析结果，决定在该工作面采取如下片帮控制技术措施。4.1玻璃钢锚杆加固煤壁在回采前对工作面煤壁补打玻璃钢锚杆进行江西煤炭科技超前加固，选用20mm2500mm玻璃钢锚杆，配合规格3 0 0 mmX300mm50mm（长宽厚）的木托盘进行超前加固，每根锚杆使用2 卷K2350树脂锚固剂，锚杆采用“二一二 形式布置；在工作面煤壁上部距顶0.8 m位置及下部距底1m位置各施工2 根锚杆，锚杆角度分别为上部锚杆30、下部锚杆15；在距顶12 0 0 mm处布置单根锚杆，形成“五花 布置方式，锚杆间距7 0 0 mm，排距以现场实际情况为准，但不得大于10 0 0 mm，玻璃钢锚杆超前加固如图5所示。顶煤采空区0080020壁工作面图5玻璃钢锚杆超前加固4.2走超前注浆加固在锚杆超前加固的同时进行超前注浆加固，进一步提高煤体力学性能，减少煤体塑性流动，提高煤壁自身稳定性。鉴于注浆所需时间较长且施工成本相对较高，工作面回采期间只对过地质构冒高+片帮造期间或片帮严重时采取注浆加固措施。注浆加固时在工作面煤壁顶部施工上、下两排注浆孔，上排注浆孔布置在距顶板6 0 0 mm处，注浆孔倾角0.250.5端面距/m(a)端面距分析结果1200012500支架工作阻力KN(b)支架工作阻力分析结果图4煤壁片帮控制措施及效果53煤玻璃钠锚杆0.7511.2513000135001.5+冒高+片帮1400020，下排注浆孔布置在距顶板16 0 0 mm，垂直于煤壁打设，上、下排注浆孔交错布置，注浆孔间距3000mm、孔深为8 0 0 0 mm;注浆材料为pc42.5普通硅酸盐水泥，水灰比0.7：1，注浆压力2 4MPa，当达到额定压力或孔口漏浆、煤壁渗浆等情况时，停止注浆，注浆加固参数如图6 所示。顶煤009T30003000图6 注浆加固参数5应用效果在采取以上两种片帮控制技术措施后，该工作面煤壁片帮冒顶情况得到遏制，片帮冒顶频率大幅降低。工作面最大片帮长度由7.5m减小至2m,片帮深度及高度均小于0.6 m;在工作面推进至F81041-05断层时，未出现大面（下转59页）煤壁2023年第3 期应用J.江西煤炭科技，2 0 2 1（3）：40-42.3】吴琼.增子坊矿3 0 3 综放面爆破过陷落柱技术实践J.江西煤炭科技，2 0 2 1（4)：58-6 2.4吴强.8 12 8 综采工作面过陷落柱安全施工技术J.山东煤炭科技,2 0 2 0(4)：3-5.5郭海龙.综采工作面过陷落柱安全技术措施分析J.太原：能源与节能,2 0 2 0(3）：18 2-18 3.6石志勇.综采工作面过陷落柱开采方法及安全措施分析江西煤炭科技J.太原：能源与节能，2 0 2 0(3)：44-45.作者简介：牛路路（198 8 一），男，山西晋城人，2 0 12 年毕业于太原理工大学阳泉学院采矿工程专业，助理工程师，现从事井下生产相关工作。收稿日期：2 0 2 2-0 7-2 859编辑：廖文德(上接53 页)积片帮冒顶，工作面正常组织生产，所采取的煤壁片帮控制措施的有效性及可靠性得到充分验证。6结语通过现场观测、采用数值模拟等方法，对东周窑煤矿工作面出现的煤壁频繁片帮情况进行了综合分析，找出了片帮原因；在采取“玻璃钢锚杆加固+超前注浆加固”等防片帮技术措施后，工作面片帮冒顶现象得到了有效控制，片帮冒顶发生频率大幅下降，有效保证工作面安全回采；该技术具有现场应用效果显著、施工成本低、适用性广等特点。参考文献：1刘永锋.8 113 综放面煤壁片帮控制技术应用J.江西煤炭科技,2 0 2 1(3):113-115.2苏鹏.东周窑矿8 10 3 综放面过断层片帮控制技术研究与应用J.邹城：煤矿现代化，2 0 2 2,3 1（4)：5-8，12.3要海龙三软煤层工作面煤壁片帮控制技术措施研究.太原：能源与节能，2 0 19(12）：114-115.4】梁立鹏.大采高综采工作面煤壁片帮机理及控制技术研究J.徐州：能源技术与管理,2 0 18,43(1)：7 1-7 3.5张智.综放工作面矿压显现规律观测及围岩控制技术研究J.北京：中国石油和化工标准与质量，2 0 2 0,40(7):217-218.作者简介：焦世雄（1992 一），男，山西浑源人，2 0 2 0 年毕业于内蒙古科技大学矿业工程专业，硕士，工程师，现从事采掘管理技术工作，研究方向：矿业工程技术。收稿日期：2 0 2 2-10-13编辑：李永华(上接56 页）效应的弹塑性解J.马鞍山：金属矿山,2 0 19(3)：6 8-7 2.4结语3李硕.官地矿12 6 0 9工作面运输顺槽支护技术研究J.21108工作面材料巷采用“锚杆索+钢筋网”联合支护技术后，巷道围岩的顶板下沉及两帮变形量减小，围岩变形破坏得到了有效控制，巷道围岩未发生变冒顶、片帮等破坏现象，实现了对断层破碎带处围岩的有效控制。参考文献：1冯昆.联合支护技术在掘进巷道过断层破碎带中的应用J.山西能源学院学报，2 0 2 2,3 5（3）：4-5,9.2余涛，赵光明，孟祥瑞，等.大松动圈下锚固承载层支护太原：能源与节能，2 0 2 1（10）：16 9-17 0.4】孙长斌.石台煤矿顶帮支护的优化设计J.陕西煤炭,2 0 2 0,3 9(S2):62-65.5彭宴宾.煤岩互层顶板掘进巷道支护参数优化设计J.山东煤炭科技，2 0 2 0(5)：3 5-3 7.作者简介：郭鑫琳（198 6 一），男，河南辉县人，2 0 16 毕业于黑龙江科技大学采矿工程专业，助理工程师，现从事煤矿掘进技术工作。收稿日期：2 0 2 2-11-2 8编辑：彭呈喜