【正文】 體的完整性，即頂煤的節(jié)理裂隙發(fā)育程度；4）煤層結構，即頂煤夾石情況；5）頂板，包括直接頂和基本頂?shù)膸r性與厚度；6）開采工藝參數(shù)，主要指采放高度比，也反映頂煤厚度因素。⑴ 煤層強度對頂煤冒放性的影響煤層強度是煤層本身抗破壞能力的主要指標，包括煤層的單向抗壓強度、粘結系數(shù)和內(nèi)摩擦角。由圖311可得煤層單向抗壓強度()與粘結系數(shù)(C)和內(nèi)摩擦角的關系為：故 (311)由上式可以看出，當一定時，隨C的增大而增大是顯而易見的，而當C一定時，對(311)式求導得：圖311 煤體力學參數(shù)關系 (212)顯然： 根據(jù)函數(shù)的性質(zhì)，在(0，π/2)域內(nèi)，(311)式為單調(diào)增長的，也就是說，單向抗壓強度()在C一定時，隨內(nèi)摩擦角φ的增加而增加，反之，則意味著煤層單向抗壓強度的增大，煤層的粘結系數(shù)或內(nèi)摩擦角亦增大，因此，煤層的單向抗壓強度在一定程度上代表了煤體對應力的反應能力。煤層的單向抗壓強度是煤體抗單向壓力的能力，在煤體沒有任何弱面的情況下，其對煤體在壓力作用下發(fā)生破壞破碎的影響是成正比的，其值越大，煤層越難以破碎，反映在頂煤的冒放性上，則頂煤的冒放性越差。煤層的單向抗壓強度(Rc)影響著頂煤在壓力作用下破壞破碎過程和程度，因此與頂煤的垮落角有著密切的關系。根據(jù)對綜放工作面的現(xiàn)場觀測，單向抗壓強度()越大，即頂煤越硬，頂煤垮落角越小。根據(jù)頂煤的冒落運動規(guī)律，當頂煤的垮落角較小，對頂煤的放出不利。圖312反映了煤層單向抗壓強度（）和頂煤垮落角的關系，由圖可知對于小峪煤礦3煤層（頂煤=），頂煤垮落角約為65176。從頂煤強度和垮落角來看，頂煤垮落狀況一般。圖312 煤層硬度系數(shù)與頂煤垮落角關系⑵ 煤層賦存深度對頂煤冒放性的影響煤層賦存深度()直接影響著原巖應力()大小，同時也影響著回采面四周圍巖內(nèi)支承壓力峰值()的大小。從這個意義上講，煤層賦存深度對放頂煤綜采面的頂煤破壞破碎效果有決定性的影響。綜放面采場煤壁前方頂煤受超前支承壓力作用，預先發(fā)生變形、破碎直至松散，是頂煤能順利放出的先決條件，在不考慮構造應力場影響的情況下，煤壁前方頂煤單元體的受力狀態(tài)如圖313。可見，正因為受采動后支承壓力()的作用，頂煤煤體才有可能超前變形、破碎，煤層賦存深度是影響頂煤冒放性的一個重要因素。放頂煤采場，頂煤內(nèi)的單元體為三向受力狀態(tài)(σ1，σ2，σ3)。頂煤在壓應力作用下，原生裂隙首先閉合。隨壓應力增加，沿閉合裂隙面產(chǎn)生相對滑移摩擦效應，沿裂隙的長度方向上形成垂直的較短張拉裂隙，當壓應力繼續(xù)增加時，在原生裂隙尖端產(chǎn)生拉應力，裂隙擴展并相互貫通，最終形成頂煤內(nèi)的次生裂隙(采動裂隙)，直至頂煤發(fā)生強度破壞?？紤]到長壁采場沿平行工作面推進方向上的平面應力（）變化不大，故可將其簡化為平面應變模型，根據(jù)格里菲強度理論，有： (313)式中 σ1——第一主應力，MPa；σ3——第三主應力，MPa；——煤的單軸抗壓強度，MPa；——煤的內(nèi)摩擦系數(shù)，一般可取=。由此，將頂煤受力狀態(tài)與煤體強度有機聯(lián)系起來，滿足(313)式頂煤即發(fā)生強度破壞。為了探討賦存深度(H)和煤體強度()的關系，將和代入(313)式，可得： (314)假設μ為煤的泊松比，3煤層μ=。代入(314)式則得： (315)(315)式即為賦存深度(H)和煤體強度()之間的比例關系。若K=4，頂板巖層平均容重γ=，并將其它參數(shù)代入(315)，經(jīng)過簡化整理可得：在煤體強度()一定時，若其它影響因素參數(shù)不變，要使頂煤煤體在支承壓力作用下完全破壞，則賦存深度(H)應滿足下式：H≥Rc 由上式可知：當H越大時，頂煤的臨界破壞條件越容易滿足，在煤層的單向抗壓強度一定時，H大于臨界值越多，頂煤破碎效果將越好，反映在冒放性上則頂煤冒放性越好。，屬于淺埋深。根據(jù)3煤層上部煤體的強度＝，有利于放頂煤開采。圖313 頂煤單元體受力狀態(tài)； ； ； ⑶ 頂煤節(jié)理裂隙對頂煤冒放性的影響一般巖體都程度不同地含有地質(zhì)弱面和構造，比如層理、節(jié)理、裂隙、斷層及褶皺等，煤層更是如此。這些弱面將嚴重削弱巖體的強度而增加巖體的變形性。根據(jù)在現(xiàn)場的觀測研究，對綜放工作面頂煤冒放性影響最大的地質(zhì)弱面是煤的節(jié)理、層理和裂隙。顯然節(jié)理裂隙發(fā)育的煤層，煤體的完整性較差，整體強度下降，頂煤在支承壓力作用下易于破碎，同時，裂隙越密集，頂煤越易破碎、冒放塊度越小，越利于放出，也即頂煤冒放性越好，反之則越差。據(jù)研究，節(jié)理裂隙對巖體強度的影響程度與節(jié)理裂隙的走向、傾角(即裂隙面相對于作用載荷方向的傾角)、密度、裂縫充填程度和充填材料等有關，就單個裂隙對單軸壓縮的影響來講，當裂紋面與載荷方向之間的角度為β時，在不考慮側向力的情況下，展開庫倫方程式，可以得到如下關系式：式中：Rcγ——因裂紋使巖石變?nèi)醯膸r石抗壓強度；Rc ——整體巖石的粘結力（內(nèi)聚力）； Cγ——沿裂紋面的抗壓強度； C——整體巖石的粘結力(內(nèi)聚力)； tgφγ——沿裂紋方向的摩擦系數(shù)； tgφ——整體巖石的摩擦系數(shù)； β——載荷方向與裂紋面之間的夾角?？梢姡擟γ、C、tgφ、tgφγ一定時，RCγ：RC將視角β的不同而各異，即被弱面切割后巖石的抗壓強度將根據(jù)弱面的切割方向不同而不同，而當β一定時，則RCγ：RC將隨Cγ、tgφγ的變化而變化，也就是說，被弱面切割后巖石的抗壓強度將根據(jù)弱面的內(nèi)聚力和摩擦系數(shù)變化而變化，因此，對于某一裂隙，其對巖石強度的影響將因斷裂面的形態(tài)、裂縫充填情況不同而不同。變化情況如圖314，其中：tgφ=，tgφγ=。11 與加壓方向垂直的切面2 與加壓方向平行的切面圖314 裂紋面傾角對巖石強度的影響 圖315 弱面密度對材料強度的影響圖314僅反映了單個弱面對巖石強度的影響情況，但在實際條件下，節(jié)理、裂隙的密度往往是很大的，根據(jù)原捷克斯洛伐克煤炭科學院曾做過的相似材料方塊試件(202020cm)的壓力試驗，得出了如圖315的試驗結果。虛線代表帶垂直弱面的試件，實線則代表弱面與壓力(單軸)作用方向相平行的試件。從圖上可以看出，在兩種不同情況下，巖石都將隨著弱面密度的增加強度降低，如果弱面的密度為1cm，則其強度僅為均質(zhì)試件強度的45～55%。根據(jù)小峪煤礦一采區(qū)已開挖巷道可見，3煤層完整性比較好，節(jié)理、裂隙發(fā)育一般，表現(xiàn)為煤體整體好，放煤時易產(chǎn)生大塊煤。⑷ 煤層夾石對冒放性的影響煤層夾石對頂煤冒放性的影響比較復雜，其影響程度與夾石層的巖性(即硬度)、層厚、層數(shù)及空間位置有關。對于比煤軟的夾石層，它則成了煤層的弱面，夾石的存在有利于頂煤的破碎冒落和放出，增加了頂煤的冒放性，層數(shù)越多、層厚越大、巖性越軟，頂煤冒放性越好；而對于比煤硬的夾石，其對頂煤的冒放性就有不利影響，開采實踐證明，其影響程度主要取決于單層夾石厚度，當單層夾石厚度大于300mm時，煤層的冒放性就將由夾石的性質(zhì)所決定。陽泉的現(xiàn)場觀測結果也表明，由于夾石層的存在使上、下位頂煤體的冒落運動過程有了較明顯的差別。由地質(zhì)報告可知可知，3煤層部分區(qū)域存在夾矸，但夾矸巖性一般為砂質(zhì)泥巖、高嶺質(zhì)泥巖、粉砂巖等，比較松軟，對頂煤冒放性影響不大。 ⑸ 頂板條件對頂煤冒放性影響煤層頂板包括兩部份，即直接頂和基本頂。直接頂影響著頂煤的冒落運動過程，能夠隨采隨冒并具有一定的厚度的直接頂是放頂煤開采頂煤破碎冒落后順利放出的基本條件。直接頂滯后冒落或冒落厚度較小，都將造成破碎冒落的頂煤垮向放出體以外的采空區(qū)，造成頂煤不能放出而丟失。所以直接頂對頂煤冒放性的影響表現(xiàn)為兩個方面；一是要能隨采隨冒，一是冒落后要有一定的厚度即對采空區(qū)的充填程度。根據(jù)現(xiàn)場觀測和相似模擬試驗，綜放開采要求能隨采隨冒直接頂?shù)淖畹秃穸葹椋害瞙min=M/Kp式中：Σh——能隨采隨冒分層厚度之和，m；M——采煤高度，m；Kp——巖石碎脹系數(shù)。3煤層直接頂為2m左右厚度的砂質(zhì)泥巖，局部為砂巖，強度不高，基本能夠隨采隨冒，有利于頂煤的回收。綜合分析，3煤層的冒放性是可以的，有利于放頂煤的開采。研究表明，當綜放開采時，一刀一放每次移架放煤為頂煤提供了松動空間，使移架過程變?yōu)橐淮畏琶哼^程，使上部懸伸的頂煤即時冒落充填，下次尾梁擺動放煤時即可放出；兩刀一放雖然支架卸載前移，但由于移架后松動煤體未放出，上部懸煤不易冒落，下次移架時雖然冒落，但因滯后放不出來。根據(jù)對綜放工作面頂煤損失機理的研究，當工作面放煤步距大于后部刮板輸送機寬度時，工作面支架后部放煤存在步距損失，具體如圖316所示。圖316 工作面放煤步距損失形成機理一刀一放時，移架、放煤及拉后部輸送機各工序的關系為（a）222。(b)222。(c)222。(a)；二刀一放時，移架、放煤及拉后部輸送機各工序的關系為(a)222。(b)222。(c)222。(d)222。(a)。由圖316（d）可以看出，二刀一放時，工作面放煤存在步距損失。當前工作面國產(chǎn)后部輸送機中部槽最大寬度為1200mm，一般為730～1000mm，因此從減少放煤步距損失的角度出發(fā)。兗州礦區(qū)、平朔礦區(qū)、寧煤礦區(qū)綜放開采實踐也表明，一刀一放的工藝是合理的，根據(jù)興隆莊煤礦、磁窯堡二礦、平朔安家?guī)X井工礦放頂煤開采試驗結果，一刀一放（）時頂煤的回收率可達80%以上，較其他工藝回收率高。因此對于小峪煤礦4801綜放工作面可借鑒兗礦集團、寧煤集團、平朔公司的經(jīng)驗，為提高頂煤回收率，將4801工作面放煤工藝確定為一刀一放。二、工作面采放比及大塊煤和矸石的處理我國綜放工作面的采煤機截深近幾年來逐漸加大，2刀一放，一刀一放。在日進刀數(shù)相同的情況下。，采放比為1：。工作面處理大塊煤（矸）安全技術措施為：工作面如發(fā)生大塊煤卡在前部刮板機溜槽內(nèi)，發(fā)生堆煤時，首先閉鎖刮板機，并將大塊煤相鄰支架的護幫板打出，觀察大塊煤周圍是否有片幫發(fā)生，如有片幫可先將其處理，確認周圍環(huán)境安全時，方可進入溜槽內(nèi)作業(yè)。人員進入溜槽內(nèi)，可用風鎬、大錘和單尖鎬將其快速分成若干塊，直到順利通過溜槽為止。大塊煤如卡在轉載機內(nèi)，不能順利通過破碎機時，工作人員應先閉鎖刮板機，然后再閉鎖轉載機，并將端頭組合支架全部拉出，且將護幫板打出，同時將破碎機兩幫鱗皮處理掉，確認周圍環(huán)境安全時，人員方可進入轉載機內(nèi)處理，如用大錘和單尖鎬無法快速處理時，可利用短單體支柱進行處理。利用單體支柱進行處理時，單體一頭置于大塊煤較平整處，另一頭應與頂板相接觸，如另一頭與超前支架的護幫板相接觸時，必須在接觸面之間加墊木板或柱帽，并保持單體支柱垂直于頂板，慢慢給單體供液，以防單體受力不均飛出傷人。工作面如發(fā)生大塊煤或矸卡在后部刮板機溜槽內(nèi)，及時停機閉鎖，以防堆煤導致壓死運輸機或運輸機斷鏈事故發(fā)生。同時將兩邊支架的尾梁擺起，伸出插板，確保安全后，方可進入溜槽內(nèi)處理。人員進入后部刮板機溜槽內(nèi)，溜槽外面必須有人監(jiān)護。進入溜槽作業(yè)人員可用風鎬、大錘和單尖鎬將其快速分成若干塊，直到順利通過溜槽為止。工作面或轉載機內(nèi)被大塊煤或矸石卡住，利用上述方法不能有效處理，需放炮處理時，必須編制《放炮安全技術措施》報相關部門審批后，方可實施放炮處理，處理過程中要求嚴格執(zhí)行《放炮安全技術措施》，且將工作面支架等設備保護好。三、工作面初采和收尾采放形式的確定根據(jù)已采工作面的經(jīng)驗，預計頂板初次來壓步距為20m（從工作面切眼采空區(qū)側算起），為了保證初次頂煤和頂板垮落的安全性，盡可能減少初次放煤損失。建議對頂煤和頂板進行強制放頂處理。4801工作面采用綜合機械化放頂煤回采，在工作面初次來壓后開始放煤。頂板冒落時可能會形成颶風，為保證人員安全，初次來壓前不能放煤。工作面初次來壓前，在工作面設礦壓觀察點，每10架設一個觀察點，從十號架開始設點，礦壓觀察組實行現(xiàn)場連續(xù)觀察，對上下出口、兩順槽及工作面煤幫天天檢查，并及時向技術人員匯報直接頂和老頂來壓情況，以指導工作面頂板管理，保證安全生產(chǎn)。上下順槽超前支護的單體支柱一定要達到初撐力。 初次來壓前，帶班隊長及班長對本措施的貫徹及本班頂板動態(tài)檢測負全面責任。同時嚴格控制采高。采高與礦山壓力有一定的函數(shù)關系，采高大時，礦山壓力顯現(xiàn)強烈。根據(jù)以往工作面的開采實踐證明，保證采煤機正常通過、支架不被壓死。帶班隊長對工作面、上下順槽支護及頂板動態(tài)情況進行巡回檢查，每2小時檢查一次，發(fā)現(xiàn)問題及時采取措施處理。井下作業(yè)人員在發(fā)現(xiàn)頂板來壓和透水征兆時 ，要立即向跟班隊長和調(diào)度室匯報，以便及時采取處理措施；作業(yè)人員在聽到頂板大面積來壓產(chǎn)生的劇烈聲響或發(fā)現(xiàn)嚴重片幫時，要及時撤離工作面，待頂板穩(wěn)定后，確認安全后，方準工人進入工作面進行作業(yè)。，至與主回撤通道貫通， 末采期間，工作面頂板壓力顯現(xiàn)不穩(wěn)定，工作面會出現(xiàn)支架漏頂，支架出現(xiàn)安全閥泄液等現(xiàn)象。末采時為保證工作面安全，工作面要降低采高，放煤方式可有一采一放調(diào)整為兩采一放，到距離停采線尚有15m時，可停止放煤。為了防止工作面貫通時頂板大面積來壓，工作面貫通從機尾開始向機頭方向推溜，具體步驟為：當采煤機運行到機頭時，從30液壓支架開始向機尾方向推溜，采煤機從中部進刀，運行到機尾后正常進刀，運行到機頭，從32液壓支架處進刀，直至全工作面貫通。具體的方法是:在工作面提前接好3個煤電鉆，每刀割完后，閉鎖三機及停下煤機，用事先準備好的煤電鉆每隔10米探一次頂?shù)酌汉穸?。根?jù)所探底煤厚度逐漸調(diào)整工作面底板高度，到8m時必須將工作面底板調(diào)成與回撤通道底板一致。每個探測點的頂煤厚度必須與回撤通道相應點的頂煤厚度一致，保證貫通時工作面頂?shù)装迮c回撤通道頂?shù)装宄制?。末采期間，工作面要執(zhí)行初采時的頂板管理，加強支護，支架達到初撐力，護幫板及時收打。工作面末采時另補安全技術措施。四、工作面機頭、機尾頂煤