眾維煤業(yè)大傾角孤島工作面頂板控制技術(shù)與管理

眾維煤業(yè)大傾角孤島工作面頂板控制技術(shù)與管理 [楊金雨] [眾維煤業(yè)，842300] 【摘要】：眾維煤業(yè)12031工作面為大傾角孤島開采，受采動(dòng)和地質(zhì)條件的影響以及頂板壓力的威脅，頂板管理難度加大，通過對(duì)頂板合理的進(jìn)行支護(hù)，以及制定有效的防頂板壓力措施，確保工作面安全回采。 【關(guān)鍵詞】：大傾角；孤島開采；頂板支護(hù) 一、工作面概況 眾維煤業(yè)井田東西長(zhǎng)3.7公里，南北長(zhǎng)3.6公里，面積13.5平方公里。煤層平均傾角29度；煤種主要為15焦煤，現(xiàn)已探明儲(chǔ)量7500多萬(wàn)噸。12031工作面平均走向長(zhǎng)度為791m，傾向長(zhǎng)度為166m，工作面煤層平均厚度2.7m，平均傾角30°，該煤層偽頂不發(fā)育，直接頂為細(xì)粒石英砂巖，厚度平均為7.93m，基本頂為粗砂巖，厚度平均為24.32m，直接底為炭質(zhì)粉砂巖和炭質(zhì)泥巖，厚度平均為7.07m，基本底為中粗粒石英砂巖，厚度平均為6.7m。工作面無斷層、褶曲等構(gòu)造，切眼至260m段煤層厚度平均為5.5m，夾矸為0.3m；260m以外煤層中間夾矸平均為2.3m，煤層分為上下兩層，平均厚度分別為2.7m和1.4m。 12031工作面屬二采區(qū)第三個(gè)綜采工作面，工作面北部為12051工作面采空區(qū)，南部為12010工作面采空區(qū)，西部為1108工作面采空區(qū)，東部為二采區(qū)輸送機(jī)上山。工作面回采期間受采空區(qū)影響，上下順及工作面壓力顯現(xiàn)會(huì)較為明顯，工作面回采至停采位置會(huì)造成二采區(qū)輸送機(jī)上山在工作面對(duì)應(yīng)位置及上下50m范圍內(nèi)巷道壓力增大。 二、 對(duì)大傾角孤島工作面的認(rèn)識(shí) 談到大傾角孤島工作面，我們首先想到的一個(gè)問題是工作面在回采中會(huì)出現(xiàn)架子傾倒、下滑，前、后兩部溜子下滑、煤幫片幫嚴(yán)重、頂板壓力大等現(xiàn)象影響生產(chǎn)。這主要與采區(qū)的煤質(zhì)、采場(chǎng)壓力、工作面傾角等因素有關(guān)。 眾維煤業(yè)12010綜采工作面和12051綜采工作面均為大傾角工作面，均采用綜放采煤法已獲圓滿成功。因此，總結(jié)大傾角孤島工作面的頂板管理就是全面細(xì)致的綜合管理，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：包括頂?shù)装骞芾?、礦壓觀測(cè)、采煤機(jī)的操作、移溜子、移液壓支架、放頂煤、工作面上、下端頭超前支護(hù)的管理等。這些問題結(jié)合在一起管理好了，大傾角孤島工作面將不再是影響生產(chǎn)和危害人身安全的難題。 三、頂板支護(hù)設(shè)計(jì) 1、支護(hù)形式 工作面頂板支護(hù)選用ZF3600/17/32型液壓支架。上下端頭頂板支護(hù)采用ZFG3800/18/32型過渡式液壓支架配合4.6mπ型梁對(duì)棚支護(hù)。根據(jù)巷道高度變化，上順超前采用DW25-250/100、DW28-250/100或DW31.5-250/100型單體支柱配合2.4mπ型梁支護(hù)，下順超前采用單體支柱配合DJB1200/300型鉸接梁支護(hù)，上下順擴(kuò)幫段采用單體支柱配合鉸接梁支護(hù)。上端頭范圍內(nèi)支架尾梁處布置一排密集柱，下端頭轉(zhuǎn)載機(jī)尾處布置一排密集柱，間距500mm，有效擋矸。 2、支護(hù)阻力驗(yàn)算 2.1、根據(jù)容重計(jì)算公式： P=（q+1）×9.8×γ×S×h 式中：P——工作面頂板支護(hù)需要支架的工作阻力，kN； q——?jiǎng)虞d系數(shù)1.5～2.0，根據(jù)12031工作面頂板情況取1.7； γ——頂板巖石容重，取2.5×103kg/ m3； S——支架支護(hù)面積，（支架寬度）1.5m×（支架最大支護(hù)長(zhǎng)度）4.2m =6.3m2； H——工作面頂煤厚度，0m（無頂煤）； h——采空區(qū)頂板垮落高度， h=[M-H（K1-1）]÷（K-1）+H=2.7m，其中M為采 高，K為巖石碎脹系數(shù)，取2.0；K1為原煤碎脹系數(shù)，取1.2。 代入數(shù)據(jù)得：P=（1.7+1）×9.8×6.3×2500×2.7≈1125（kN） ZF3600/17/32型液壓支架工作阻力為3600kN>1125kN，ZFG3800/18/32型過渡式液壓支架工作阻力為3800kN>1125kN，因此ZF3600/17/32型及ZFG3800/18/32型液壓支架能夠滿足本工作面工作阻力的要求。 3、支護(hù)強(qiáng)度驗(yàn)算： 根據(jù)8倍采高計(jì)算得： P=8rhg =8×2.5×2.7×9.8 ≈0.5MPa 式中 P——支護(hù)強(qiáng)度 g——重力加速度9.8N/kg r——頂板巖石容重取2.5t/m3 h——煤層采高，取2.7m 即工作面合理支護(hù)強(qiáng)度為0.5MPa，ZF3600/17/32型支架平均支護(hù)強(qiáng)度為0.55MPa，ZF3600/17/32型及ZFG3800/18/32型液壓支架均滿足要求。 4、12031工作面礦壓觀測(cè)分析 12031工作面礦壓觀測(cè)分析： 圖1：12031工作面支架平均工作阻力趨勢(shì)圖 根據(jù)“12031工作面支架平均工作阻力趨勢(shì)圖”顯示分析，支架平均工作阻力在2014年10月5日出現(xiàn)第一次高峰值，在2014年10月17日出現(xiàn)第二次高峰值。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)拉距計(jì)算，10月1日至10月5日之間平均推進(jìn)21.6m ,10月6日至10月17日之間平均推進(jìn)43.2m，綜合分析周期來壓步距為21.6m-43.2m，平均來壓步距為32.4m。 5、礦壓觀測(cè)分析結(jié)論 根據(jù)工作面2014年10月1日至2014年10月31日工作阻力顯現(xiàn)規(guī)律及壓力顯現(xiàn)最大值來看，工作面周期來壓步距在21.6m-43.2m，平均來壓步距為32.4m。 通過以上分析數(shù)據(jù)顯示，工作面周期來壓期間，平均最大壓力顯現(xiàn)值為29MPa，本工作面選用的支架最大所能承受工作阻力為35.4 MPa，所以本工作面選用ZF3600/17/32型液壓支架支護(hù)強(qiáng)度能夠滿足工作面的支護(hù)要求。 6、乳化液泵站 6.1、泵站及管路選型、數(shù)量：乳化液泵2臺(tái)，選用型號(hào)為BRW250/31.5型，裝備兩泵一箱（乳化液泵箱的型號(hào)為:X10RX型）。噴霧泵兩臺(tái)，選用型號(hào)：BPW250/6.3型，裝備兩泵一箱。供液管路選用Φ50及Φ25型高壓膠管，耐壓45MPa以上。 6.2、泵站設(shè)置位置：乳化液泵站放置在12031上順槽，同設(shè)備列車放置在一起，距工作面的距離不小于30m。 6.3、泵站使用規(guī)定：保證泵站壓力大于30MPa，乳化液濃度3%-5%，加強(qiáng)支架與系統(tǒng)的維護(hù)，杜絕系統(tǒng)的竄漏夜。 四、頂板管理 1、工作面頂板管理 12031工作面采用全部垮落法管理頂板，采空區(qū)頂板隨支架前移自行垮落。最大控頂距4.2m，最小控頂距為3.6m，采用及時(shí)移架支護(hù)方式，移架在采煤機(jī)上行清煤后滾筒滯后3～5架追機(jī)進(jìn)行，超過此距離或發(fā)生冒頂時(shí)，必須停止割煤。 1.1正常工作時(shí)期頂板支護(hù)方式 1.1.1移架方式： 采用單架依次順序式，本架操作，由機(jī)頭至機(jī)尾順序移架。操作時(shí)人員站在待移支架底座上，其余人員躲至待移支架上方至少5m處。 1.1.2支護(hù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)： （1）工作面支架中心距保持1500±100mm。 （2）支架立柱必須成排，允許偏差±50mm。 （3）支架頂梁與頂板平行，最大仰、俯角小于7°。 （4）支架與運(yùn)輸機(jī)垂直偏斜小于±5°，支架歪斜小于±5°。 （5）支架頂梁不能有明顯錯(cuò)差（不超過頂梁側(cè)護(hù)板的2/3）。 （6）支架初撐力不小于額定初撐力的80%（即柱壓不小于24MPa）。 （7）保持支架接頂嚴(yán)密，支架立柱活柱伸出長(zhǎng)度不得低于300mm。 1.1.3傘檐長(zhǎng)度超過1m時(shí)，其最大突出部分不超過200mm；傘檐長(zhǎng)度在1m以下時(shí)，其最大突出部分不超過250mm。 1.1.4泵站壓力要求及保證初撐力措施。 （1）泵站壓力不能小于30MPa。 （2）液壓管路、控制閥件不能有漏液、竄液現(xiàn)象，對(duì)損壞的密封件和配件等要及時(shí)更換。 （3）泵站司機(jī)要保證乳化液泵始終在完好狀態(tài)下運(yùn)行。 （4）支架頂梁接頂嚴(yán)密，受力狀況良好。 （5）移架前要將架前浮煤浮矸清理干凈，頂梁上有大量浮煤浮矸時(shí)，要及時(shí)降架人工處理。 （6）升架時(shí)，在支架頂梁接頂后，要至少停留3～5s，再把升架手把打至中位。 1.1.5、最大、最小控頂距，端面距最大尺寸及端面距超寬的處理方法：支架最小控頂距為3.6m，最大控頂距為4.2m。端面距最大尺寸不超過340mm。端面距超寬的處理方法：視煤壁片幫尺寸及移架情況而定，端面距超限時(shí)，伸出支架伸縮梁護(hù)頂；如果伸縮梁伸出后還超寬時(shí)，要及時(shí)超前拉架護(hù)頂。如果采取以上方法，端面距仍不能滿足要求，則必須架臨時(shí)棚護(hù)頂；架棚時(shí)，每架支架架設(shè)兩棚，所用梁為Φ180mm以上的圓木，一頭搭在支架頂梁上,搭接長(zhǎng)度不小于500mm，另一頭在煤壁側(cè)打貼幫柱，且保證貼幫柱至前溜擋煤板間距不小于2.5m，以便采煤機(jī)能順利通過；在兩根梁上用半圓木背實(shí)接頂。 1.2過斷層及頂板破碎時(shí)的頂板管理 1.2.1過斷層時(shí)破頂不破底跟頂回采，護(hù)頂先護(hù)幫，支架有勁不超高，嚴(yán)禁托頂煤回采，斷層在端頭時(shí)跟巷道回采。? 1.2.2過斷層時(shí)，必須根據(jù)12031下順槽實(shí)際送巷揭露巖煤及巷道坡度情況挑頂，既要有利于端頭支護(hù)，又要確保過斷層后能及時(shí)跟上煤層底板又不致挑頂破巖過多。? 1.2.3采煤機(jī)滾筒通過斷層破碎帶后立即伸出前梁，移架距采煤機(jī)后滾筒4～6架，煤壁區(qū)片幫、端面距超過規(guī)定時(shí)必須帶壓移超前架。若移架速度跟不上采煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，要控制采煤機(jī)速度，必要時(shí)停機(jī)移架，采煤機(jī)停機(jī)時(shí)移架及時(shí)跟上。? 1.2.4采煤機(jī)司機(jī)嚴(yán)格控制采高，確保采高在支架的支護(hù)范圍內(nèi)，嚴(yán)禁出現(xiàn)采高超過或出現(xiàn)支架壓死、采煤機(jī)無法通過現(xiàn)象。? 1.2.5斷層影響范圍內(nèi)頂板破碎必須超前移支架，頂板落差頂空處必須用木料接實(shí)，支架頂梁升平，升足勁。? 1.2.6必須加強(qiáng)支架的日常維護(hù)，嚴(yán)禁支架自降，移架時(shí)合理操作，盡量少降支架帶壓移架，必要時(shí)用千斤頂或單體支柱輔助移架。? 1.2.7過斷層時(shí)，如巖石堅(jiān)硬，嚴(yán)禁采煤機(jī)強(qiáng)行破巖，應(yīng)制定專項(xiàng)技術(shù)措施。? 1.2.8煤層變薄時(shí)，采取跟底破頂回采，如頂板巖石堅(jiān)硬，應(yīng)制定專項(xiàng)技術(shù)措施。? 1.2.9局部掉頂必須及時(shí)停運(yùn)輸機(jī)，接實(shí)頂板后再進(jìn)行割煤。? 1.2.10嚴(yán)格遵守回采過程中破頂不破底的原則，當(dāng)支架在最大允許采高時(shí)，采取預(yù)留底板破頂煤回采。? 1.2.11當(dāng)工作面局部遇褶曲時(shí)，必須跟隨褶曲的堅(jiān)硬頂煤回采，同時(shí)降底采高，及時(shí)伸出前梁及護(hù)幫板。? 1.2.12當(dāng)工作面局部遇層理、節(jié)理頂煤較發(fā)育時(shí)，必須提高整體支撐強(qiáng)度，減少頂?shù)装逡平?，同時(shí)降底采高，及時(shí)伸出前梁及護(hù)幫板。? 2、巷道及端頭頂板管理 2.1工作面正常生產(chǎn)期間兩端頭支護(hù)形式 正常情況下本工作面上端頭采用3架、下端頭采用3架ZFG3800/18/32型過渡支架配合4.6mπ型梁對(duì)棚支護(hù)頂板。上端頭范圍內(nèi)支架尾梁處布置一排密集柱，下端頭轉(zhuǎn)載機(jī)尾處布置一排密集柱，間距500mm，有效擋矸。工作面生產(chǎn)期間，采煤機(jī)割完機(jī)頭、機(jī)尾三角煤后，及時(shí)將過渡架前移，然后將端頭π型梁支護(hù)前移。 2.2支護(hù)質(zhì)量要求 2.2.1對(duì)棚為一梁四柱，隨工作面推進(jìn)邁步前移，步距600mm。對(duì)棚梁間距不大于150mm。對(duì)棚距支架超過500mm或?qū)ε锞嘞飵统^500mm時(shí)，必須增加π型梁支護(hù)，兩對(duì)棚間距不大于800mm。 2.2.2π型梁要接頂嚴(yán)密，頂板凹凸處用木料填實(shí)。每根單體支柱必須系防倒繩。 2.2.3上、下安全出口高度不得低于1.8m，行人寬度不小于0.8m，保證安全出口暢通。單體支柱活柱行程不得小于200mm，不得大于700mm。 2.2.4如遇到底板松軟時(shí)應(yīng)穿柱鞋。單體支柱鉆底量不得大于100mm。 2.2.5根據(jù)煤層厚度的變化情況及時(shí)更換與之相適應(yīng)的單體支柱。 2.2.6兩端頭單體支柱柱壓不得小于11.5MPa。循環(huán)注液，每班不少于3次。 2.2.7工作面下端頭過渡架與π型梁搭接處頂板必須加強(qiáng)支護(hù)，必要時(shí)可采用增加π型梁的方法支護(hù)，防止大塊煤矸掉落砸壞機(jī)頭并傷及工作人員。 2.3上、下順槽頂板管理 2.3.1回采期間，工作面進(jìn)風(fēng)順槽不準(zhǔn)留尾巷，回風(fēng)順槽尾巷長(zhǎng)度不超過0.8m。為確保工作面推進(jìn)時(shí)采空區(qū)頂板及時(shí)充分垮落，采取對(duì)上、下隅角煤層頂板進(jìn)行超前松動(dòng)爆破，縮短回采期間頂板懸頂面積，減小回采期間的頂板來壓對(duì)工作面的沖擊和影響。 2.3.2 12031上、下順槽強(qiáng)制放頂眼布置方式：使用巖石鉆機(jī)在上順槽距煤墻2m處開始按照間距2.4m布置松動(dòng)炮眼，每組至少打兩個(gè)鉆孔，鉆孔直徑75mm，1#鉆孔距上幫0.6m，與巷道頂板的夾角為60°，鉆孔深度4m，終孔位置伸入巖石頂板垂直距離3.46m；2#鉆孔布置在巷道中間位置，距1#鉆孔1.5m，與巷道頂板的夾角為60°，鉆孔深度4m，終孔位置伸入巖石頂板垂直距離3.46m。使用巖石鉆機(jī)在下順槽距煤墻3.06m處開始按照間距2.4m布置松動(dòng)炮眼，每組打一個(gè)鉆孔，鉆孔距下幫0.6m，與巷道頂板的夾角為40°，鉆孔深度4m，終孔位置伸入巖石頂板垂直距離2.57m。 2.3.3 12031上、下順槽強(qiáng)制放頂鉆孔裝藥及起爆規(guī)定：上、下順槽鉆孔深度4m，伸入巖石頂板4m，裝藥長(zhǎng)度1m，采用礦用乳化炸藥，每卷長(zhǎng)200mm，直徑32mm，重量0.2㎏，按3個(gè)一捆裝入，共裝5捆15卷，重量3㎏，炮眼封泥至眼口，采用1發(fā)瞬發(fā)電雷管起爆。上、下順槽強(qiáng)制放頂期間嚴(yán)禁在采空區(qū)爆破。爆破后出現(xiàn)頂板破碎情況時(shí)，使用直徑不小于160mm、長(zhǎng)度不小于3m的圓木背頂支護(hù)，圓木間距不得大于500mm,防止頂板破碎出現(xiàn)網(wǎng)兜。 圖2：12031上、下順槽強(qiáng)制放頂鉆孔布置平、剖面示意圖 五、防治地鼓管理 1、頂板壓力危險(xiǎn)趨勢(shì)分析及危險(xiǎn)區(qū)劃定 1.1工作面頂板壓力危險(xiǎn)評(píng)價(jià) 12031工作面為大傾角孤島開采，工作面傾斜長(zhǎng)度為166m，工作面進(jìn)行綜采采煤后，由于頂板壓力大，工作面處于頂板壓力范圍內(nèi)，且工作面支護(hù)強(qiáng)度高，因此工作面內(nèi)部壓力危險(xiǎn)較弱。由于綜采工作面支撐有壓力范圍大，出現(xiàn)壓力疊加的可能性較大，上下巷壓力危險(xiǎn)相對(duì)較強(qiáng)。 1.2 壓力危險(xiǎn)區(qū)域劃分 上下巷超前100m范圍內(nèi)；工作面切眼及頂板來壓影響時(shí)期內(nèi)。 2、頂板壓力解危措施 當(dāng)工作面出現(xiàn)頂板壓力危險(xiǎn)后，應(yīng)立即對(duì)上下隅角頂板實(shí)施爆破強(qiáng)制放頂，以減輕頂板壓力。 六、結(jié)論 截至2015年3月22日工作面平均回采506.8m，由于對(duì)頂板進(jìn)行了合理的支護(hù)，根據(jù)實(shí)際情況制定了上下巷擴(kuò)幫落底等有效措施，同時(shí)嚴(yán)格按照制定好的措施進(jìn)行作業(yè)，杜絕了“三違”，整個(gè)回采過程中，沒有發(fā)生大的影響安全生產(chǎn)的頂板事故，頂板支護(hù)管理工作呈現(xiàn)出穩(wěn)定、良好局面。時(shí)間證明，盡管孤島開采工作面頂板管理難度大時(shí)刻面臨頂板壓力的危險(xiǎn)，但只要具體情況具體分析，制定切實(shí)可行的措施，在頂板支護(hù)管理工作中定會(huì)取得預(yù)期的效果。