塔山煤矿8116工作面顶煤冒放性的研究与评价

第44卷第3期2021年3月
煤炭与化工
Coal and Chemical Industry
Vol44No.3
Mar.2021
采矿与井巷工程
塔山煤矿81161作面顶煤冒放性的研究与评价
赵泽潭
（同煤集团塔山煤矿，山西大同037007）
摘要：针对塔山煤矿开采过程中存在的顶煤冒落不充分，以及顶煤落石无法完全充填空区，
对开采工作造成影响的问题，本文通过分析研究塔山煤矿的顶板冒放性，运用隶属度值法对
8116综放工作面顶煤冒放性进行评价，得出该工作面顶煤冒放性隶属度值“=0.718,属一般级
别，采取二氧化碳预裂措施致使垮落，该方案的应用，为提高工作面放顶煤生产效率提供技
术支持。

关键词：工作面；顶煤冒放性；厚煤层；隶属度
中图分类号：TD823.49文献标识码：B文章编号：2095-5979（2021）03-0015-03 Research and evaluation of the top coal caving of
8116working face in Tashan Mine
Zhao Zetan
(Tashan Mine,Datong Mining Group f Datong037007,China)
Abstract:To address the problems of inadequate top coal caving and inability of top coal drop filling the goaf during the
mining process of Tashan Mine,which aQects the mining work.In this paper,by analyzing and researching the top coal riser
in the Mine,the affiliation value method was used to evaluate the top coal riser of8116fully release working face,the top
coal caving affiliation value/x=0.718,which was of general level,and the carbon dioxide pre—cracking measures were taken
to cause the collapse,and the application of this scheme provided technical support to improve the production efficiency of
top coal release at the working face.
Key words:working face;top coal caving;thick coal seam;affiliation degree
解、并氏硬度^2.7~3.7；煤层含1~2层夹肝，厚度1酰加0.30~0.90m,平均0.49m,岩性均为炭质泥岩叫
塔山煤矿8116综放工作面煤层厚度15.6m,宜接顶厚度5.8~13.5m,平均为9.5m,老顶厚度煤层开采平均厚度13.8m,开采深度487.3m,普8.5~14.3m,平均11.3m,其物理力学性质见表1。

表4直接顶和老顶岩物理力学性质
Table1Physical and mechanical properties of direct roof and old roof rocks
名称平均厚度/m抗压强度/MPa抗拉强度/MPa岩石软化系数
直接顶9.523.8~57.80.53〜5.200.27~0.97
老顶11.312.2〜57.1 1.65~2.410.22~0.72
2顶煤冒放性分析
顶煤冒放性是指顶煤冒落的难易程度，开采深度、煤层自身强度、厚度和夹砰发育程度、顶板强度、煤体节理裂隙发育等因素均会对其产生影响。

2.1开采深度
随着开采深度H的增大，顶煤承受的压力增加，顶煤冒放性增强叫资料表明，H<100m,顶
责任编辑：任伟DOI:10.19286/i.2021.03.005
作者简介：赵泽潭（1993-）,男，山西太原人，助理工程师。

引用格式：赵泽潭.塔山煤矿8116工作面顶煤冒放性的研究与评价[J].煤炭与化工，2021,44（3）：15-17,20.
2021年第3期煤炭与化工第44卷
煤承压小、冒放性差；H>400m,顶煤承压大、易冒落。

8116综放工作面煤层开采深度在409.3~ 565.2m,平均487.25m,该深度有利于顶煤冒落。

2.2煤层强度
煤层强度是支撑能力指标，煤层强度越大，冒放性反而越差叫资料表明，硬度系数/W1的软煤，煤层冒放性极好；中硬煤层（硬度系数i<y< 2）冒放性较好；硬度系数/">2硬煤，冒放性最差。

8116综放工作面煤层硬度系数>2.7-3.7,顶煤冒放性较差。

2.3煤层厚度
煤层厚度关系到综放工作面采放比。

顶煤厚度小，则易导致超前冒顶；顶煤厚度过大，则会导致顶煤积累到一定空顶面积后直接顶共同冒落，危害极大叫因此煤层厚度过薄或过厚，或者综放工作面采放比不合理，都会影响顶煤的冒放性。

8116综放工作面机采采高3.8m,纯煤厚度13.8m,放煤平均厚度10m,采放比1:2.63,适合放顶煤开采工艺。

2.4煤层夹歼
煤层夹肝对顶煤的稳固性产生较大影响，高强度夹肝一般不易垮落，常作为“骨架”支撑顶煤形成大面积空顶，危害极大。

8116综放工作面煤层夹秆发育，平均厚度0.49m,厚度较大，严重影响顶煤冒放性。

2.5煤层顶板强度
煤层底板包括老顶和直接顶，顶板的强度能够影响顶煤的垮落。

老顶岩层的运动、失稳和平衡主要影响工作面前方的支承压力大小，老顶顶煤冒放性影响主要表现在初次来压期间，在平时和周期来压期间影响不大。

宜接顶本身不会导致顶煤的压裂，但是直接顶影响到顶煤冒落后的回收放出工作％8116综放工作面煤层直接顶厚度为5.8~13.5 m,平均为9.5m o老顶为IV级顶板，宜接顶为II 类顶板。

2.6顶煤节理裂隙
节理裂隙影响顶煤的整体稳固性，节理发育明显的煤层，其顶煤易冒落。

地质资料表述的8116综放工作面煤层节理裂隙发育程度状态显示，该煤层顶煤冒放性较好。

38116T作面顶煤冒放性评价
3.1顶煤冒放性评价方法
依据隶属度的计算方法对8116工作面顶煤冒放性进行评价。

隶属度是指影响因素对评价目标的影响程序同，顶煤冒放性的影响因素包括采深与强度值（H/RC）、直接顶岩性、老顶级别、采放比、煤层节理裂隙、夹秆层厚度、夹肝层强度7个方面，7个影响因素权重分配见表2。

表2顶煤冒放性各影响因素权重分配
Table2Weight distribution of influencing factors of caving property of top coal
因素权重H/RC直接顶删老顶级别采放比煤层节理裂隙间距/m夹肝层厚度/m夹肝层强度/MPa Ai0.230.120.100.140.140.120.15
回采工作面顶煤整体冒放性的隶属度公式如下：
fJb=XA/JLi（1）式中：为顶煤冒放性各影响因素的权重；M：为各影响因素的隶属度值。

3.2各隶属度值的确定
8116综放工作面煤层开采深度H为409.3~ 565.2m,平均487.25m;煤层单向抗压强度RC为13.22MPa;初次垮落步距15m左右，基本顶为N 级顶板；煤层含多层夹肝。

对7个顶煤冒放性影响因素的隶属度M确定如下。

（1）血RC=487.25/13.22=36.86。

査表3得，“1=0.9。

（2）宜接顶为II类、中等稳定，初次垮落步距为15m o査表4得，他=0.8。

（3）基本顶为N级顶板。

査表5得，他=0.8。

（4）采放比1:2.63且/>2.5。

查表6得，
（5）煤层节理裂隙发育明显。

査表7得，^5=0.85o
（6）煤层夹肝平均厚度为0.49m。

査表8得, /^6=0.1o
（7）煤层夹秆强度10.3~34.5MPa,査表9得，P7=0.8o
3.3顶煤冒放性评价结果
将各影响因素的权重分配和隶属度值带入公式“=筋炖中，得8116综放工作面顶煤冒放性隶属度值“=2A i i fii+A23/Z3+A4“4+456/+ 4仙=0.23x0.9+0.12x0.8+0.10x 0.8+0.14x 0.6+0.14 x 0.85+0.12x0.1+0.15x 0.8=0.718
赵泽潭：塔山煤矿8116工作面顶煤冒放性的研究与评价2021年第3期
表3开采深度与煤层强度之比值及其对顶煤冒放性的隶属度值刀
Table3Ratio of mining depth to coal seam strength and its membership value to caving property of top coal171 H/RC<5.5 5.5~10.010.1~15.015.1~20.020.1~30.030.1~40.0>40.0
“i0.20.30.70.80.850.90.95
表4直接顶岩性及其对顶煤冒放性的隶属度值
Table4Direct roof lithology and its membership value to caving property of top coal
直接顶类别［类（不稳定）II类（中等稳定）hi类（稳定）W类（非常稳定）
初次放顶步距/m W88~1818-3232-50
0.90.80.70.4
表5老顶级别及其对顶煤冒放性的隶属度值冏
Table5Old roof grade and its membership value to caving property of top coal[S|
老顶级别I级II级HI级W级
Pmo<440440~520520-620>620
DH<80.580.5~128.4128.4-18&3>188.3
0.40.60.70.8
注：Pmo为分级基础，kN/m2;DH为分级界限，m o
表6采放比及其对顶煤冒放性的隶属度值
Table6Mining and caving ratio and its membership value to caving property of top coal
煤体硬度/>2.5A2.5
采放比1:0.51：0.5~1:11：1~1.51:1.5~1:21:2-1:41:0.51：0.5-1:11：1-1.51:1.5-1:21：2-1:4
0.50.70.90.850.60.40.50.70.90.8
表7煤层节理裂隙间距d及其对顶煤冒放性的隶属度值Table7Seam joint fissure spacing d and its membership value to
caving property of top coal
煤体强度/MPa节理裂隙间距d禺
M10<0.180.90
11-150.19-0.300.85
表8夹軒层厚度与及其对顶煤冒放性的隶属度值Table8The thickness of gangue layer and its membership value to caving property of top coal
夹肝层厚度/mm M
16-200.31-0.400.80 21-300.41~0.470.50
<100 1.0 100-2000.8 200-3000.5
>30>0.470.30
>3000.1
表9夹秆层强度及其对顶煤冒放性的隶属度值Table9Strength of gangue stratum and its membership value to caving property of top coal
夹肝层强度/MPa
<10 1.0
10-200.8
20-300.4
>300.2
表40顶煤冒放性分类
Table10Classification of caving property of top coal
M值冒放性
0.9~1.0很好
0.8~0.9好
0.65~0.8一般
0.5~0.65差
<0.5极差
对照表10对该工作面顶煤整体冒放性进行评价,隶属度值“=0.718,工作面顶煤冒放性一般。

48116T作面放煤注意事项
4.1煤层夹軒影响
8116综放工作面煤层夹肝发育，均厚0.49m,对顶煤冒落产生极大的不利影响，在采煤过程中须严格注意夹肝对顶煤冒放性的影响闻，针对夹肝厚度超过0.6m区域须采取专项措施。

4.2二氧化碳致裂方式应用
8116工作面顶煤冒放性一般，为增加8116工
（下转第20页）
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煤炭与化工
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'27Q .
:SKP x 1/1720-8300 :MGSC-20/24F
玻璃钢
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-4^-图2巷道加固支护示意
Fig. 2 Roadway reinforcement and support
3.3底鼓控制效果分析
为对比长平矿5302重型放顶煤工作回采巷道 底鼓治理技术实施前后的治理效果，对在距离该工 作面0、50、100、150、200、250 m 六个点位设置
监测点，测量底鼓变化量。

测量结果如图3所示。

+底鼓治理技术实施前
U 3U 1UU 13U ZUU 230
工作面距离/m
图3回采巷道底板位移观测结果
Fig. 3 Observation results of floor displacement in mining roadway
检测结果表明，工程底鼓治理技术实施以后， 最大底鼓量显著减低，最大值由原来的50 cm 左右
降低到不足20 cm,最大底鼓量明显减少；巷道实
施鼓治理技术前后对比，底鼓量降低了 2.3~2.5 倍,控制效果显著。

VX/WWS/VS/WWWWWWWX/VX/VX/WWS/VS/VS/X/WWWWVWWX/VX/VX/WS/VS/VS/WWWWS/WWSA/WWVX/WWVX/W
（上接第17页）
作面在初采期间顶煤冒放效果、防止老顶初次折断
距离较大阿、确保初次来压期间古塘悬板及时垮
落，在工作面切眼中部和两巷超前35 ~ 50 m 位置 分别布置放煤孔和切顶孔，采取二氧化碳预裂措施
致使垮落。

5结论
（1） 通过对该工作面的7个影响因素进行权 重分配和隶属度值的确定，对该工作面顶板冒放性
进行合理评价，得出该工作面顶煤冒放性隶属度值 “=0.718,属一般级别。

（2） 采煤方式应用效果表明，8116工作面采
取综采放顶煤采煤法开采是可行的，但是顶煤冒放
性一般，需采取二氧化碳预裂措施致使垮落。

参考文献：
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长平矿5302重型放顶煤工作回采巷道工程在 应用巷道底鼓治理技术以来，巷道底鼓问题得到有
效控制。

受塌落柱、断层以及底板围岩性质的影 响，该巷道底鼓现象虽然还是存在，但是变化量明
显降低，该技术的应用实现底鼓量降低了 2.3 ~ 2.5 倍，有效解决了巷道底板抬升导致的安全隐患。

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