淺析采煤工作面斷層處災(zāi)害機(jī)理及防治采礦工程畢業(yè)論文-全文預(yù)覽
【正文】 的巖體沿垂向固有構(gòu)造裂隙面向上塌落形成橢圓形柱體，待形成自然平衡拱后塌陷垮落停止，上覆巖層得到暫時(shí)穩(wěn)定；隨著采煤工作面的不斷擴(kuò)大，自然平衡拱被再一次打破，橢圓形柱體內(nèi)的垮落繼續(xù)向上發(fā)展，直至最后的關(guān)鍵層破壞或破碎達(dá)到臨 界突水系數(shù)而發(fā)生突水 ． 2022 年 12 月 16 日 5 時(shí) 15 分，河北省金能集團(tuán)井陘礦務(wù)局臨城煤礦發(fā)生突水，造成全礦井淹沒(méi)。 （ 3） 有限元計(jì)算結(jié)果表明，斷層面作為巖體中的一個(gè)弱面，在其周圍產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，斷裂帶附近的巖體最先產(chǎn)生 塑性變形及采動(dòng)裂隙 。 煤礦生產(chǎn)中的采掘活動(dòng)，都是在煤層之內(nèi)和附近進(jìn)行的，所以揭露較大的斷層機(jī)會(huì)不多，而 30m 斷距以下的小 斷層是經(jīng)常遇到的，據(jù)分析礦區(qū)底板突水事例，其中接近斷層或接觸斷層發(fā)生突水占 80%,斷層的存在往往為突水 創(chuàng)造了條件。 2022 年廣東興寧大興煤礦工作面特大突水，被困 123 人 全部遇難 。 2）綜采放頂煤時(shí)頂煤必然軟弱破碎，因此支架初撐力應(yīng)比一般掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式大些。 ④ 綜采放頂煤工作面控頂設(shè)計(jì)特點(diǎn) 綜采放頂煤時(shí)，其頂板條件，頂板 事故及預(yù)防，以及確定支架工作阻力、初撐力與支架高度的準(zhǔn)則，與一般綜采基本相同，但 為確保支架安全過(guò)斷層，在進(jìn)行控頂設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng) 加入 斷層的影響。 圖 5 受裂隙帶影響的頂板下沉量 △ h = ? =（ m） 所需支架最大高度 maxH 按下式求得： max maxHM? 公式（六） 式中： maxM ——煤層最大采高， m。 ≤ 15 7 頂梁長(zhǎng)度 m 8 前梁長(zhǎng)度 m 9 質(zhì) 量 t ③ 支架的可縮量應(yīng)能適應(yīng)裂隙帶老頂?shù)南鲁? 最大控頂距時(shí)，支架頂梁末端處的頂板最大下沉量△ h ， 參見圖 5可按下式計(jì)算： △ h = 39。39。39。39。39。03 0cos2( )abzL hLP Ll??? ? 公式（四） 式中 ： zL ——直接頂巖梁長(zhǎng)度，端面距、支架頂梁和前梁三者之和， m； 0l —— 39。01P = 25 cos8? =（ kN） 設(shè)平衡直接頂巖梁所產(chǎn)生力矩所需的支架除撐力為 39。01P ，則 39。 ③支架的初撐力應(yīng)能保持下位巖層與上位巖層之間不離層 下面 以保持直接頂與老頂之間不離層為例進(jìn)行設(shè)計(jì)。 1( ) c o sia i b i l cP L h L h L? ? ??? ? 公式（二） 式中： aL ——每架支架所控制的工作面長(zhǎng)度，取 m/架； i? ——垮落帶直接頂巖層平均體積力， 25 kN/ m3； h——垮落帶直接頂厚度， m； bL ——直接頂巖梁長(zhǎng)度，等于端面距、支架頂梁和前梁長(zhǎng)度之和與直接頂巖層在支架 后的極限懸頂長(zhǎng)度（頁(yè)巖取 m）， m； i? ——垮落帶中該老頂及其附加巖層的平均體積力， 25 kN/ m3； lh ——垮落帶中該老頂及其附加巖層的厚度， m； cL ——垮落帶中該老頂?shù)膸r塊長(zhǎng)度， 23 m； ? ——煤層傾角， 8176。 所以，垮落帶高度為 m 由于第一層老頂上覆 m 煤層，在支架反復(fù)支撐過(guò)程中，容易引起老頂離層破斷。0[ ( 1 ) ( 1 ) ] 2ii i l zH M H K h K?? ? ? ? ? ?? 公式（一） 式中： iH ——由下而上第 i 層老頂巖層（基礎(chǔ)巖層）的厚度， m； 39。 表 1 21202 工作面參數(shù) 序 號(hào) 項(xiàng) 目 單 位 數(shù) 值 1 采 高 m 2 周期來(lái)壓步距 m 3 控頂距 m 4 4 端頭距 mm 300 5 垮落帶直接頂巖層平均體積力 kN/ m3 25 6 煤層傾角 176。 綜采工作面斷層處控頂設(shè)計(jì) 舉例：陽(yáng)泉礦務(wù)局某礦 煤層柱狀圖見圖 3。 預(yù)防斷層處綜合類型冒頂 綜采工作面主要怕遇到長(zhǎng)度大于 5 m 的平行于 工作面的斷層。 （ 2）大面積漏冒在液壓支架支護(hù)工作面不易出現(xiàn)，主要出現(xiàn)在工作面與巷道接替處。 （ 2）采場(chǎng)支架的初撐力應(yīng)能保證直接頂與老頂之間不離層（專門試驗(yàn)表明，當(dāng)支架初撐力足夠大時(shí)，可令直接頂沿放頂線切斷而不在煤壁處斷裂，從而可保證直接頂與老頂之間不離層）。 斷層處綜合類型冒頂機(jī)理 由于斷層構(gòu)造的存在，造成煤層直接頂中存在游離頂板及破碎帶的大量破碎頂板。這種情況在綜采工作面中不常見。 斷層處漏冒型冒頂機(jī)理 該類型冒頂主要是當(dāng)斷層走向平行于工作面時(shí)較為突出。 示意圖見圖 1。 在平推硬過(guò)過(guò)程中 ，斷層上盤或下盤受采動(dòng)影響， 失去“鉸接”狀態(tài)而呈現(xiàn)整體滑移。 對(duì)于以上三種危害，主動(dòng)采取有效的措施，都是可以避免或把損失降到最低程度的。 2022 年，煤礦死亡率為 人 /百萬(wàn) t； 2022 年 煤礦 死亡接近 4000 人。 煤炭企業(yè)抓住大好時(shí)機(jī)，加產(chǎn)促產(chǎn)，工作面推進(jìn)呈加速狀態(tài)。本文初步系統(tǒng)分析了三大 災(zāi)害 的形成機(jī)制，提出了防治的有效措施。斷層處存在的頂板冒頂、突水、瓦斯突出三大礦下 災(zāi)害 ，猶如三只老虎攔住了工作面的推進(jìn)，同時(shí)也是 三座大山 壓在 了 工人身上。其中煤炭占據(jù)主導(dǎo)地位， 2022年 產(chǎn)量突破 23 億 t， 預(yù)計(jì) 2022 年突破 25 億 t， 2020 年突破 30 億 t， 而 煤炭市場(chǎng)仍然保持供不應(yīng)求 的局面 。它們或單一或綜合發(fā)生，嚴(yán)重制約了井下工人的生命安全保證和礦井的正常生產(chǎn)。工作面遇斷層的頂板冒頂主要有壓垮型、 漏冒型 和綜合型冒頂三種，對(duì)其頂板狀態(tài)參數(shù)與支護(hù)參數(shù) 作 科學(xué)分析， 并 進(jìn)行合理的 采場(chǎng) 控頂設(shè)計(jì)（本文針對(duì)綜采工作面，單體支柱工作面可作參考） ，冒頂事故是可以避免的；工作面突水主要是 工作面 遇斷層而溝通了上下巖層水力 的 聯(lián)系 而 造成的，對(duì)其進(jìn)行提前監(jiān)測(cè)和處理是關(guān)鍵；瓦斯突出 主要 是由于斷層 溝通了上下煤層的瓦斯流通，而當(dāng)工作面將近揭露斷層時(shí)，導(dǎo)致瓦斯三維受力不均，工作面?zhèn)让簩幼枇Σ蛔阋跃S持平衡致使瓦斯瞬間噴出造成的 。對(duì)于回采工作面遇有斷層落差大于采高的斜斷層，則要另掘開切眼，使其搬到新工作面再進(jìn)行回采。 冒頂機(jī)理 斷層處壓垮型冒頂機(jī)理 斷層的切割，使支架上部處于周期來(lái)壓的頂板 提前或遲緩性整體 滑移 下沉，致使支架工作阻力不能及時(shí)滿足，造成壓跨支架事故。 （ 2）工作面繼續(xù)推進(jìn)，逐漸接近斷層，而支架前方的煤體脆性破裂，失
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