九章-厚煤层综放开采岩层控制.ppt

第一节 顶煤破碎机理与运移规律 第二节 放顶煤开采矿山压力 显现的基本规律 第二节 放顶煤开采矿山压力 显现的基本规律 * * 第九章 厚煤层综放开采岩层控制 第一节 顶煤破碎机理与运移规律 第二节 放顶煤开采矿山压力显现的基本规律 一、综放开采的概念 在厚煤层（一般煤厚≥5 m）下部布置一个综采工作面,高2～3 m,支架尾梁有放煤功能,在工作面前后分别布置一台刮板输送机,采煤机组切割的煤炭由前输送机运出,工作面上方的煤炭冒落放出后,由后输送机运出。 放顶煤开采的实质是实现工作面煤炭和顶部煤炭同时采出，顶部煤炭的开采是依靠矿山压力作用，使其自行破碎和冒落，且自行流动和放出。 放顶煤开采示意图 二、顶煤的力学特征与应力场条件 1.顶煤的力学特征 对顶煤破碎过程起重要作用 顶煤的强度 顶煤的原生裂隙 顶煤的强度与受力状态有关。 图9－1 不同围压下煤体应力－应变曲线 围压升高，煤体的强度增加 2.采动应力场与约束条件 支承压力分布 据此可对顶煤的破坏机理给予定性解释：顶煤在支承压力峰值区主要是以剪切破坏为主, 是由于顶煤体中的采动应力场形成的剪应力大于顶煤抗剪强度所致。 在支承压力峰值区以后随着靠近工作面，沿工作面方向的约束减弱，顶煤的破坏逐渐以拉伸破坏为主，工作面继续推进，顶煤失去侧向约束，在顶板压力和顶煤自重作用下，顶煤将产生冒落，堆积在支架上方或掩护梁上。 3.顶煤的变形与位移 顶煤累计位移量往往反映顶煤的破碎程度和强度。 图9－4 顶煤、顶板位移量与到煤壁距离的关系 图9－5 顶煤位移场 通过比较不同厚度、不同硬度煤层的实测结果，可得到不同顶煤的移动特征：  （1） 煤体的硬度不同，顶煤开始移动的位置不同。如同为厚6～8 m的煤层，在h=6m处，软煤层（f=0.3～0.5）、中硬煤层（f=2～3）和硬煤层（f≥3.5）的顶煤始动点超前工作面的距离分别为15m、10m、5m左右。煤层的硬度系数越低，顶煤始动点超前距离越大，累计位移量越大，顶煤破碎越充分。 （2）不同高度顶煤始动点的位置不同，无论是软煤、中硬煤或是硬煤，顶煤位置越高，其始动点超前工作面距离越远，累计的位移量越大。 （3）在顶煤移动初期，以水平移动为主，随着工作面推进，垂直位移逐渐增大，在工作面支架上方垂直位移量超过水平位移量，具体位置根据煤层的硬度系数不同而变化，软煤在煤壁前方附近，而硬煤在煤壁后方0.5～1m处。 三、顶煤的破坏过程描述与分区 图9－7 顶煤分区图 1.原始状态区Ⅰ 2.压缩变形区Ⅱ 3.拉剪破裂区Ⅲ 4.散体冒放区Ⅳ 三、顶煤的破坏过程描述与分区 Ⅰ原始状态区： 顶煤进入支承压力以前未受到采动应力场的影响，处于原岩应力状态； Ⅱ压缩变形区： 顶煤进入支承压力区以后，煤体处于加载阶段，煤体内原有裂隙和空隙受压闭合，体积收缩，顶煤开始发生小量的变形移动； Ⅲ拉剪破坏区： 随着工作面继续推进，煤体发生拉伸和剪切破坏，煤体中原有裂隙逐渐张开，随着上部岩层压力作用和侧向约束逐渐减弱，煤体中产生纵向拉伸裂隙，在原有裂隙尖端出现拉应力集中，导致裂隙扩张； Ⅳ散体冒放区： 在支架顶梁尾部，顶煤开始冒落，以散体形态堆积在支架掩护梁上。 四、影响顶煤冒放性的因素 顶煤冒放性是指顶煤冒落与放出的难易程度. 影响顶煤冒放性的因素： 1.煤体强度 软煤（f1），冒落块度小，块径在0.2～0.3m以下，可放性好； 中硬煤（1f3），块径多为0.3～0.6m，可放性较好； 硬煤（f≥3），块径多为1.0m，且顶煤有悬顶，可放性差。 2.煤体裂隙分布的影响 裂隙密度大，顶煤快度小，易于冒放。 裂隙的方位和组数影响着顶煤的冒放性。 平行于工作面的裂隙更容易冒落。 3.顶煤厚度 合理顶煤厚度2～10m。硬煤层不应超过6m。 顶煤太薄会混矸，顶煤太厚会使顶煤回收率降低。 4.夹矸影响 图9－10 夹矸对顶煤冒落的影响 0.3m以下的夹矸多呈片状和板状冒落，对冒放性影响不大，但大于0.4m厚的夹矸多呈大块状冒落，冒落后有时堵塞放煤口，其上的顶煤无法放出。 五、改善坚硬顶煤冒放性的人工辅助措施 对于裂隙不发育的坚硬顶煤（f≥3.5），为了改善顶煤的冒放性，常采用： 顶煤专用巷道 顶煤爆破 架间 顶煤专用巷道 顶煤注水 两道施工注水钻孔 五、改善坚硬顶煤冒放性的人工辅助措施 一、综放采场支架与围岩力学系统模型 综放开采与单一煤层开采在围岩性质方面的差异就是支架上方存在着一层破碎的、强度低的顶煤，该顶煤的存在，不仅增大了直接顶的厚度，而且改变了直接顶的整体力学特性。 老顶活动队采场及支架的影响程度取决于直接顶与顶煤的性质、