长沟煤矿单体柱放顶煤冒放性分析.pdf

应用技术

太原科技2009年第6期TAIYUANSCI-TECH

文章编号：1006－4877（2009）06－0086－04
长沟煤矿
单体柱放顶煤冒放性分析

胡耀庭

（太原煤炭气化（集团）有限责任公司，山西太原030024）

摘要：根据太原煤炭气化（集团）有限责任公司长沟煤矿15号煤层赋存情况，从采煤技术上分析适合长沟煤矿的
采煤方法，特别是通过顶煤冒放性分析，科学合理地对15号煤层采煤方法进行了确定。
关键词：单体柱放顶煤；冒放性；长沟煤矿
中图分类号：TD823.4+9文献标志码：A

长沟煤矿位于太原市杏花岭区长沟勘探区，井顶板难控制和煤壁片帮等问题，不适合采用大采高
田位于沁水煤田西北边缘，井田面积10.5815km2。综采。综放开采是一种高产、高效、安全、低耗、
矿井设计能力为60万t/a，核定能力为45万t/a，经济效益好的采煤方法，已成为中国厚煤层开采的
主要含煤地层为石炭系太原群及二叠系山西组，主首选采煤方法，但此方法需用设备多，费工、费
要可采煤层为3号、13号、15号煤，15号煤为本时，对煤层地质条件要求较高，需布置出常规的大
区主要可采煤层，煤层3.45～11.85m，平均7.20m。型工作面。加之15号煤层地质构造复杂，断层多，
纯煤厚度为3.45～10.92m，平均6.73m。含夹石最陷落柱多，不符合综放开采的要求，也不适合采用
多5层，一般1~3层；夹石厚度为0.12~1.18m，综放开采。因此，根据国内厚煤层开采实践及与分
平均0.50m，呈复杂结构煤层。层综采、大采高综采、综放开采和单体支柱放顶煤
115号煤层合理采煤法确定与其适应性分析开采的比较，长沟煤矿15号煤层只适合用单体支
长沟煤矿如果选用大采高综采工艺，就煤层条柱放顶煤一次采全厚采煤方法，但此方法能否采
件来讲，15号煤层平均厚度为7.20m，采用大采用，还需对其技术适应性、特别是顶煤的冒放性作
高综采过厚，而且煤层厚度变化较大，从2.00m进一步分析。
以下到10.00m；地质构造复杂，断层多，陷落柱215号煤层放顶煤开采顶煤冒放性分析
多，采用大采高综采设备根本不能发挥其效益，投2.1顶煤冒放性评价
入与产出也不合理。因此，根据国内外厚煤层开采放顶煤开采顶煤冒放性是顶煤本身可冒落并可
技术，结合长沟煤矿15号煤层厚度及煤层特点，放出的特性，是顶煤在支承压力作用下冒落和放出
试在长沟煤矿采用大采高综采、综放开采及单体支难易程度的特征度量参数，即顶煤可冒性和可放性
柱放顶煤等采煤方法。的综合。
目前，国内大采高综采大部分采高为5.50m，根据对放顶煤开采顶煤冒落运动规律、工作面
此方法可以实现高产高效，但由于15号煤层厚度上方顶煤破碎深度的现场观测和有限元数值分析计
平均为7.20m，再加上15号煤层节理裂隙较为发算研究可知，顶煤从原生裂隙的扩展以至出现强度
育，因此，采用大采高综采不仅存在工作面管理经破坏到最后从放煤口中放出受许多因素影响，其中
验不足、设备初期投资大等问题，而且工作面存在既有顶煤内部的因素，也有外部因素，最主要的影
响因素有煤层强度、煤层赋存深度、煤体的完整性
（即顶煤的节理裂隙发育程度）煤层结构（即顶煤
收稿日期：2009－04－14；修回日期：2009－05－14、
作者简介：胡耀庭（1954-），男，山西太谷人。1985年7月毕夹石情况）、顶板（包括直接顶和基本顶的岩性与
业于山西矿业学院，高级工程师，总经理。厚度）、开采工艺参数（主要指采放高度比，也反

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映顶煤厚度因素）。5.5
2.2煤层强度对顶煤冒放性的影响4.5
煤层强度是煤层本身抗破坏能力的主要指标，3.5
f
包括煤层的单向抗压强度、黏结系数和内摩擦角。2.5
由图可知煤层单向抗压强度（）与黏结系数1.5
1Rc
0
（C）和内摩擦角φ的关系为[1]20408060100120140
α/°
sinφ=R（R+2C·ctanφ），
cc图2煤层硬度系数与顶煤垮落角关系
，
Rc=R·csinφ+2C·cosφ
故2C·sinφ，（）大小，同时也影响着回采面四周围岩内支承压力峰
Rc=1
1-sinφ值（KγH）的大小。从这个意义上讲，煤层赋存深度
由式（）得出，当一定时，随的增大而增
1φRcC对放顶煤综采面的顶煤破坏、破碎效果有决定性的
大是显而易见的，而当一定时，对式（）求导
C1影响。放顶煤面采场煤壁前方顶煤受超前支承压力
可得
作用，预先发生变形、破坏，是顶煤能顺利放出的
·（）·2
dRc=-2Csinφ1-sinφ-2Ccosφ=先决条件，在不考虑构造应力场影响的情况下，从
dφ（1-sinφ）2
图3煤壁前方顶煤单元体的受力状态可见，受采