综采工作面过断层顶板冒落机理分析

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1、综采工作面过断层顶板冒落机理分析(西山煤电股份有限公司马兰矿马兰，山西古交?030205)摘要：通过对12504综采工作面建立冒落结构模型和冒落体“块体”模型，运用块体理论分析其冒落机理并最终得出相关结论。关键词：冒落;关键块;块体;松散体AnalysisofmechanizedworkingfaceThroughFaultsrooffallmechanism(MalanCoalMine,XishanCoalPowerCorporationLtd.,Gujiao,Shanxi030205,China)Abstract:Throughtheestablishment

2、of12504mechanizedminingfacefailingstructuremodelandthefaillingbody"block"model,usingblocktheoryanalyzesthemechanismandultimatelydrawrelevantconclusions.Keyword:collapse;keybody;block;Loosebody引言山西焦煤西山煤电集团公司马兰矿是一座新型的现代化矿井。矿井位于吕梁山东翼、汾河之滨，距太原市69公里。马兰矿于1983年11月开工建设，1990年6月正式投产，设计年生产能力400万

3、吨。12504综采工作面自生产以后，冒顶事故频发，冒落面积、冒落高度均不等，严重影响正常生产和矿工生命安全，直接经济损失难以估量。加强顶板管理，有效处理和预防冒顶事故对煤矿安全生产至关重要。通过对12504综采工作面建立冒落结构模型和冒落体“块体”模型，运用块体理论分析其冒落机理并最终得出相关结论。1马兰矿12504综采工作面基本情况1.1工作面位置与煤层赋存情况工作面皮带巷、轨道巷开口于南五2号煤进风轨道下山，专用回风巷开口于12502皮带巷；12504皮带巷0～22米上部间隔9～11米为12506回风联巷，122～596米段在10504采空区下部，二者间距8～

4、13米；皮带巷东南部实体间隔11米为12506专用回风巷；轨道巷里程26～31米上方间隔6米为南五采区回风联巷；专用回风巷Ⅰ段0～120米西北部实体间隔24米为12502采空区；专用回风巷Ⅱ段西北部实体间隔45～26米为12106采空区及12102废切眼。该工作面所采煤层为石炭二叠系山西组2号煤，属稳定可采近水平中厚煤层，煤层厚度2.68～3.57米，平均厚度3.26米，为1号与2号煤层合并区，结构较复杂，靠上部含一层夹矸，厚度0.07～0.40米，平均0.17米，岩性以粉砂质泥岩为主，煤层结构0.29（0.17）2.80。本区上部02号煤大部分未采，煤厚1.05

5、～1.30米，平均1.10米；02号煤与2号煤层间距8～14米，平均11米。1.2顶底板情况见表1。表112504综采工作面顶底板情况1.3掘进中揭露的断层根据掘进资料，工作面巷道共揭露断层11条，落差在0.4—3.6米。断层情况见表2。表212504综采工作面揭露断层情况断层走向（°）倾向（°）倾角（°）性质落差（m）对回采影响程度F12504-13497923逆1.2—2.1较大F12504-22511565正0.6较小F12504-36233285正1.5中等F12504-42829885正0.4—1.3较小F12504-589843正3.0—3.6极大F1

6、2504-63336362正0.8较小F12504-73295961正2.4—3.0极大F12504-83467666正0.8—1.7较大F12504-93356537正0.8较小F12504-1032523542正0.95较小F12504-113144427逆0.6较小2建立结构模型及冒落体力学模型回采工作改变了煤体的应力状态，不同位置的围岩也将处于不同的物性状态。通常，距离工作面由远到近围岩依次处于弹性区、塑性区。破裂区、破碎区、松动区。因煤层力学性质及所处应力场不同，一般来讲，回采时工作面煤壁及断面顶板处于破裂、破碎或松动状态。工作面冒落大致可分为两种情况：

7、一是关键块的失稳掉落（如图1所示）；二是岩层破碎成散体后的冒落（如图2所示）。图1关键块的失稳掉落图2岩层破碎成散体后的冒落当端面顶板破裂成较大块体时，其力学行为特征符合块体力学原理，即端面顶板岩块体结构中出现关键块体时，将会发生冒落，冒落高度和范围与关键块体的形状及大小以及块体结构特征有关（如图1所示）。而顶板中的水平压力，煤层内摩擦角的大小以及块体边界面与临空面的空间位置关系等是关键块体能否出现的决定性因素。当端面顶板岩层处于破碎状态时，其力学行为特征近似于散体介质，即：充分的水平挤压作用条件下，下部煤体将会因重力的作用而发生冒落直至形成自然冒落平衡拱（如图2

8、所示）。由