綜放工作面淺埋深特厚煤層頂煤冒放效果分析

段春生

（山西省晉神能源有限公司，山西 沂州 036500）

1 概 況

磁窯溝煤礦井田內13號煤層厚度2.91～19.2 m，平均厚度11.5 m，該煤層在東部與北部存在分層現象。分成區域內13號煤層上距13-1煤層0.85～9.06 m，平均距離為1.56 m，分層區域內13號煤層平均厚度為10.9 m。13號煤層位于太原組下部，單軸平均抗壓強度為18.4 MPa，單軸平均抗拉強度為1.03 MPa，屬于中硬煤層。煤層頂板為泥巖、砂質泥巖、細砂巖，底板為泥巖，并含有少量砂質泥巖。該礦為低瓦斯礦井，煤塵具有一定爆炸危險性。

2 工作面頂煤冒放性分析

2.1 煤體強度影響分析

根據文獻，煤體單軸抗壓強度R c與頂煤冒放程度呈反比，頂煤垮落角α與R c呈反比，因此，可知頂煤垮落角與頂煤冒放效果呈正比關系，即頂煤垮落角越大，工作面放煤效果越好。磁窯溝煤礦13號煤層普氏硬度系數為1.8，該煤層對應的頂煤垮落角為75°。13號煤層厚度平均值11.6 m，采高4 m，經計算α＞64.2°即可滿足頂煤垮落技術要求，13號煤層α=75°＞64.2°，因此，磁窯溝13號煤層如采用綜放開采，工作面頂煤冒落情況較好，滿足頂煤回收要求。

2.2 煤層埋深影響分析

13號煤層頂煤單元體受力的3個主應力分別為：

隨著煤層深度H增加，各主應力都隨之增大，其中以垂直方向主應力增大最為明顯，使頂煤受壓顯著增加，引起頂煤內部產生裂隙并擴展至相互貫通，煤層抗剪強度降低，最終冒落。回采過程中σ2保持定值，因此，單元體受力模型可簡化成平面應變模型進行分析，依據理論公式可得：

頂煤若滿足冒落要求，應滿足式（3）。將（1）式代入可得：

式中：γ為巖層平均重度，t/m3。……