大倾角综采工作面防飞矸技术研究.docx

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大倾角综采工作面防飞矸技术研究

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刘渝强

摘要：本文介绍了三汇一矿S21203综采工作面回采地质情况，叙述了该面回采期间发生的一起飞矸伤人事故，通过事故原因的分析提出了在工作面倾斜及走向方向使用高分子塑料挡矸网防飞矸技术，最后对工作面使用防飞矸技术取得经济效益作了简单的说明。

关键词：大倾角安息角仰斜回采破碎顶板飞矸

引言：大倾角煤层的形成是地壳不均衡沉降和冲蚀的作用，以及后期构造运动数度褶皱和断裂运动的结果，因而大倾角煤层赋存和开采条件要比缓斜煤层复杂。三汇一矿S21203工作面煤层平均倾角35o，局部倾角达45o，地质构造复杂，构造带多，煤层厚度及顶板情况变化大，近年正常生产受到限制。由于倾角大飞矸存在较大安全隐患，工作面正常生产和作业人员安全受到影响，通过对发生的一次事故调查和分析试图寻找一种有效的解决办法消除大倾角综采工作面飞矸伤人的潜在威胁。

1工作面基本概况

1.1工作面位置、覆岩层厚度及煤层情况

S21203工作面位于+590mN2采区，该面上部、南部为采空区，下部、北部为未开采区域。对应地表在燕窝屋基一带，地面标高在+823～+911m，上覆岩层厚度为200～296m，覆盖层厚，回采对地表设施影响小。工作面平均走向长398m，平均倾斜长144m。所采K1煤层平均厚度2.32m，平均倾角35o，局部达45o。煤层结构复杂，赋存稳定，质地疏脆，硬度较低。

1.2頂底板及地质构造情况

老顶为深灰色中至细粒砂岩，质地坚硬，平均厚4.29m，伪顶为粘土层，灰褐色粘土岩。直接顶为黑灰色薄层状页岩，性脆，层理、节理发育，平均厚4.19m。直接底为灰白色粘土岩，呈土状，遇水膨胀，平均厚1.25m，老底为深灰色致密细砂岩，含硅质结核，平均厚3.63m。

2飞矸伤人事故简要经过

2011年3月11日夜班，当班为生产班。当班员工到达工作面进行安全确认后开始割煤作业，割煤机从上往下下行割煤。当割煤机后滚筒运行至49号支架处时，一块重约30kg的顶板矸石从55#液压支架顶梁与煤壁空隙落下，由于该面倾角较大矸石掉至溜子道底板上继续向下运行且有离地飞滚轨迹，随即矸石打在旋转的割煤机滚筒上，经过旋转滚筒反弹矸石弹射在割煤机机身牵引部上，再次反弹后飞至人行道，此时正在42号支架处操作割煤机司因躲避滚石不及，飞石打在其头部造成受伤。（受伤示意图如图1所示）

3飞矸形成原因分析

3.1地质因素

根据上述内容可知S21203工作面所采K1煤层平均厚度2.32m，平均倾角35o，局部达45o，倾角大，直接顶性脆易垮落。工作面MG200/468-WD型双滚筒采煤机全长约12m，割煤时机身段液压支架挡煤板必须全部收回，再加之已割煤段有5—10架支架不能移架推溜，因此直接顶得不到及时支护，由于本身性脆易垮落形成飞石。该工作面煤层变化大，煤层时而薄时而厚有时造成液压支架上留有顶煤，而顶煤受采动影响极易垮落，在拉架过程中支架顶梁不能有效支护顶板，或者顶煤垮落后的顶板与底板之间的距离大于液压支架的最大控顶高度，支架也不能有效支护顶板，直接顶得不到及时支护跨落后易形成飞石。S21203工作面煤层倾角较大，根据理论研究该角度已大于垮落矸石自然堆积的安息角时，垮落的直接顶矸石不会原地停留而是向下滚落，且向下滚落动量较大（排除质量影响因数），在向下滚落过程中对设备及人员存在较大安全威胁。

3.2顶板因素

S21203工作面上部为已采的2112工作面，南边为已采的N21201工作面，北边及下部未未开采区域，根据支承压力分布规律，即相邻的采空区所形成的支承压力与正在回采的工作面的超前支承压力会产生叠加，S21203工作面支承压力分布如图2所示。根据该面实际生产情况工作面推进度较慢，那么根据工作面回采时间与围岩变形规律，工作面推进度慢势必导致工作面各种应力叠加其波峰将在上段显现，同时推进时间越长围岩变形的速度越快，如图3所示。根据上述分析当叠加应力大于直接顶本身结构效应所能承受的应力时将会进入塑性变形，从而逐渐失稳变形直至破坏垮落，破坏跨落后极易形成飞石。

3.3回采工艺因素

S21203工作面为综采工作面，采用MG200/468-WD型双滚筒采煤机组落煤，SGZ-630/320型刮板机运煤，ZQY3000-14/32型掩护式液压支架支护顶板。由于工作面煤层平均倾角达35o，局部可达45o，回采时为防止工作面液压支架、溜子、割煤机等机电设备下滑，因此工作面势必调成仰斜回采（机巷超前于回风巷回采），在移溜和拉架时，始终有一部分向上的分力来抵消液压支架等的下滑分力，以此达到防滑的目的。虽然该回采工艺解决了设备下滑等问题，但该工艺回采时若煤壁有矸石滚落由于受重力影响，其运行轨迹理论上始终指向采空区侧，而工作面人行道正处于溜子与采空