综采工作面破碎顶板的回采技术研究.pdf

当代化工研究 qq Modern Chemical Research 7 D2020 02 技术应用与研究 综采工作面破碎顶板的回釆技术研究 *苗常青 （山西煤炭运销集团首阳煤业有限公司山西048400） 摘耍为更好的保障综采工作面顺利回采破碎顶板，本文以山西煤炭运销集团某矿某综采工作面为例，研究了综采工作面回采破碎顶板 技术，具体介绍了该矿综采工作面的实际状况，分析了对破碎顶板稳走性造成影响飭关键因素，同时提出了进行顶板挂网，实施煤壁加 固、优化顶板支护结构以及强化矿压观测等技术措施，实际应用结果表明，通过应用这些措施，可显著改善综采工作面生产状况，进一步 提高回釆效率，可为企业创造更多经济效益. 关键词综采工作面；顶板；破碎原因；措施；煤壁加固 中图分类号T 文献标识码A Study on Mining Technology of Broken Roof in Fully Mechanized Face Mia o Ch a n gqin g （Sh o uya n g Co a l In d ustr y Co” Ltd ., Sh a n xi Co a l Tr a n spo r ta tio n a n d Ma r k e tin g Gr o up, Sh a n xi, 048400） Abstract t In order to better ensure the smooth extraction of broken roof in jully mechanized working face, this paper takes a jully mechanized working face in a mine of Shanxi coal transportation and marketing group as an example, studies the technology of extracting broken roof in fully mechanized working face, specifically introduces the actual situation of the jully mechanized working face in the mine, analyzes the key factors that affect the stability of broken roof, and puts forward some technical measures such as hanging roof net, reinforcing coal wall, optimizing roof support structure and strengthening mine pressure observation. The actual application results show that through applying these measures, the production situation offiilly mechanized -working face can be improved significantly, the recovery efficiency can be further improved, and more economic benefits can be created for enterprises. Key words jully mechanized working face； ； top roof； ； reasons for breakage； ； measures； ； coal wall reinforcement 前言 （1）地质结构较为复杂。该作业面所具有的地质结构 综采工作面产生的顶板破碎问题不仅会使煤矿回采的 推进速度得到极大降低，而且会使液压支架的移架难度极大 增加，严重时还会产生大型冒顶事故。因此，为了使综采工 作面破碎顶板的回釆工作具备较强的安全性，再与作业面的 状况相结合，对造成顶板破碎失去稳定性的核心因素进行分 析，并提出有效的措施来进行改善也越来越重要。 仁综采工作面概况 某煤矿工作面的采煤层为15煤，标高为655. 510- 684. 340m,其倾斜和走向的可采长度分别设计为107和 350m,其采高的平均值为2.75m,煤层所具有的倾斜角度 为-3〜3。；所开采的煤层大多是半金属光泽的亮煤，同时 存在1-2层的夹肝，厚度介于0. 1-0. 6m之间。 釆煤层不存在伪顶，直接顶处于该煤层的上端，是炭质 泥岩，黑色，会伴随着煤层而落，厚度介于0-0. 5m之间，平 均为0. 25m；老顶属于K2岩石，具有较强的硬度和稳定性， 深灰色，生物屑微晶灰岩，其成分主要包含了动物化石和燧 石团块，裂缝填充物为方解石，厚度介于7. 2-9. 87m,平均 为 63m。煤层的底部为泥岩，包含植物化石，局部相变属 于泥质砂岩，厚度介于0.56-3. 6m之间；基本底岩是灰色的 铝质泥岩，其成分主要有植物化石与黄铁矿，厚度介于9.6- 9. 7m之间。 回采作业面有着十分复杂的地质构造，并且大多以断裂 结构为主，根据周围已揭露巷道的围岩状况可判断出，当回 采工作进行到15-150m的时候，将会碰见顶板破碎、水锈等 问题。 2.顶板破碎失稳分析 较为复杂，不仅存在较多的断层，而且依据走向形成了较多 的薄煤带，这就对顶板的整体性造成了影响。根据地质方面 的材料可知，该作业面整体呈现出向斜构造，顶板具有十分 集中的应力，导致顶板的破碎问题更为严重。 （2） 承载力较为有限。该作业面的采煤层是15煤层， 并且该煤层中间包含了较为稳定的夹肝层，其厚度介于0. 1- 0.6m之间，节理缝隙具有较高的发育程度，且煤体不够坚 硬。由于其承载力和自稳定性较为有限，使其不能承载煤层 的顶板，在回采期间，煤体很难将超前支承应力传递到底 板，进而会导致煤体变形等问题更为严重，导致顶板下方不 具备较强的支承力。此外，顶板所具有的岩性大多以泥岩和 砂质泥岩为核心，其裂隙不具备较高的发育程度，且不具备 较高的强度，因此在回采过程中会经常发生顶板冒漏和煤壁 片帮的现象。 （3） 矿压作用。顶板在矿压及釆动扰动的影响下会产 生变形、破碎等问题，同时在某种程度上还可以降低支架前 部煤体的强度及整体性，进而使上部顶板失去稳定性。通过 统计分析可知，与非来压期相比，在来压期支架端部的顶板 将会产生更高的冒漏率。重视矿山压力的相关规律，在来压 期到来之前做好顶板控制工作。 （4） 支架的工作状态。该作业面端头所采用的支架为 ZT16000-16/30型。支架的工作状态与顶板冒漏的实际状况 存在密切关系。根据支架工作中所产生的阻力变化状况可 知，在回采期间支架始终没有达到最佳的支护状态，其初撑 力的平均值仅仅是额定值的43. 85；工作阻力的平均值仅仅 是额定值的70. 40；在来压期间所产生的阻力的平均值是其 当代化工研究 Modern Chemical Research94 技术应用与研究 2020 ・ 02 额定值的95.72。因此，该支架无法对顶板进行较好的支 承，特别是较低的初撑力很难对顶板上端的岩体进行支护， 导致顶板产生变形、破碎等问题，进而产生煤壁片帮和顶板 冒漏问题，从而导致顶板失去稳定性。此外，作业面掘进速 度较慢也会使顶板遭到一定的破坏，特别是在过断层地带的 时候，如果推进速度较慢，将会使顶板出现变形问题。 液压支架的核心参数详见表1。 表1液压支架主要参数 名称参数 支架 高度最大值/mm3200 高度最小值/mm1700 工作阻力/kN8000 初撑力/kN6182 支护强度/MPa1. 11-1. 12 泵站压力/MPa31.5 支架移架步距/m0. 8 推溜力/kN360 移架力/kN633 立 柱 型式单伸编机械加长杆 缸径/mm250 柱径/mm235 行程/mm1450 工作阻力/kN2000 初撑力/kN1543 推移 千斤顶 型式普通 缸径/mm160 活塞杆径/mm105 推力/kN633 拉力/kN360 前梁 千斤顼 型式普通 缸径/mm160 活塞杆径/mm105 推力/kN633 拉力/kN360 3.破碎顶板控制技术 ⑴顶板挂网技术 为了使顶板具备较高的稳定性，且材料成本得以降低， 与该回釆面顶板破碎的实际情况相结合，根据破碎的不同程 度来选择最恰当的方式进行挂网，其中对于完整度较高的顶 板可以采用挂单层网片，而在来压期或者过构造带时应当挂 双层网片。金属网片的长和宽分别为10m和1.5m,网片的制 作材料则选用冷拔钢丝，其直径为2. 2m。 ⑵煤壁加固 在该作业面中，裂隙具有较高的发育程度，且煤体不具 备较高的强度，在围岩应力的影响下极易产生片帮和冒落问 题。通过对片帮问题进行统计分析可知，滑落和剪落是煤壁 片帮的关键形式，并且会影响到顶板的支撑水平，尤其是片 帮面积过大的时候，极易导致顶板出现沉落、冒漏等问题。 对于以上这些问题，可以采取注浆和木锚杆的形式来提高煤 壁的稳固性，其中注浆加固所发挥的作用是对片帮及顶板破 碎较为严重的区域进行有效的处理，从而使煤体所具有的硬 度和稳定性得到提升。而木锚杆加固所发挥的作用是对破碎 问题不算严重的区域进行加固。木锚杆的设置形式为单排， 存在300mm的间距。 ⑶支架状态的优化技术 通过对采高及空顶进行严格的控制，及时配置相应的护 帮板，并通过降低截深的形式来完善顶板支护工作，对于出 现严重的煤壁片帮及顶板破碎问题的区域可以采用超前拉架 的方法来进行移架处理。在实施移架及降架的过程中必须遵 循擦顶移架的标准，同时保证顶板在此过程中具备相应的支 撑能力。为了避免乳化液产生冒、滴、跑等问题，应当将支 架的初承能力加以提升，同时强化系统的检测工作。 ⑷矿压观测 在回采作业面的进风巷及出风巷安装相应的矿压监测 系统，根据矿压所呈现的规律来辨别回采压力发生的改变， 在周期来压之前，可以通过对矿压所呈现的规律进行检测分 析，事先加固顶板及煤壁片帮，避免因支护工作不到位而产 生空顶、冒落的问题。 4.使用效果 对顶板的变形问题进行严格的控制是增强作业面回采安 全性的主要措施。通过对顶板及片帮采取有效的技术措施， 不仅可以使作业面的工作环境得到极大的改善，而且可以使 因顶板加固和煤壁片帮所产生的成本极大降低。在提高回采 速度、强化掘进效率等诸多方面发挥着十分重要的影响。通 过对其进行计算可知，采用该技术可以使煤矿的产煤量得到 较大提升，平均每月2万吨，使煤矿企业的经济效益得到极 大提升。 【参考文献】 [1] 崔廷锋，张东升.浅埋煤层大采高工作面矿压显现规律及支 架适应性[J].煤炭科学技术,2017 08 25-2 [2] 钱鸣高，石平五.矿山压力与岩层控制[M],徐州中国矿业 大学出版社, 2003. [3] 赵国栋.大采高长工作面矿压显现规律及支架适应性研究 [J].煤炭工程，2016 03 83-85. [4] 程双明.采煤工作面顶板事故及顶板管理的探讨[J].企业 技术开发学术版，2018 10 33-36. 【作者简介】 苗常青 1986-,男，陕西省榆林市子洲县人，本科，工程 师，山西煤炭运销集团首阳煤业有限公司；研究方向矿井采掘、 一通三防及安全管理.