浅谈深部开采工作面支护与矿压控制(1).pdf

浅谈深部开采工作面支护与矿压控制 第六图书馆 分析了深采工作面顶板端面冒落次数增多、冒高明显增大、煤壁严重片帮原因,讨论了深采工作面对支护形式的要求,提出了保证安全 生产的措施。分析了深采工作面顶板端面冒落次数增多、冒高明显增大、煤壁严重片帮原因,讨论了深采工作面对支护形式的要求,提 出了保证安全生产的措施。深部开采 安全措施 工作面支护 矿压控制煤矿开采段绪华 顾秀根华北矿业高等专科学校1999第 六图书馆 l 9 9 9年第 2期 总 第 3 5期 煤矿开采 对 一 弓 浅谈深蕾开采工作面支护与矿压控_ 华北矿业高等专科学校段绪华顾秀根赵章才 L ／ ； 摘要分析了澡采工作面顶板端面冒落次数增多、冒高明显增大、煤壁严重 片帮的原因，论述了澡采工作面对支护形式的要求，提出了保证安垒生产的措施。 关键 词澡部开 采 一 1 概述 多年来 ，国 内外研究表 明 力与矿 井 深 度 的 增加 基 本 呈线 性 关 系 。据 G．埃 佛 林 的 岩 石 力 学 模 型 计 算 得 出 ， l 0 0 0 m深 处 的上 覆 岩 层 重 量 约 2 32 5 l [ N ／ ．因采 掘工程而引起 的支承 压力较 原岩应 力高 出 5一l 0倍 。加之 ．随采深 增加 ．深部 围岩 强度减小 ，致 使巷道与采场 的矿压 显现 势必 严重 。例 如巷道侧压及顶底板相对 移近 量加 大 ．尤其 底鼓 现象 更 比浅 部严 重 得多 ； 对 于层理裂隙 比较 发育的 围岩 ，破碎 区、塑 性变 形 区的范 围明显增 加 ．松脱地压 常常是 导 致巷道支护失稳 的主要 因素 ；而采场范 围 内主要 表现在顶板 端面 冒顶次数增多 ，冒高 明显增 大 ，煤壁严 重片帮 ．给工作 面顶板管 理造成 了极大 的困难 。 可见 ，研究和探索新的矿井深部开采技 术 ，录求解决深部开采问题的技术途径 ，是 采矿工作 者面 临的重要 课题 。 2 深采工作面顶板破碎与煤壁片帮的原因 采 深增 加 ，支承压力增大 ，巷道 支护体 上将 承受 较 大 压 力 。不 论 是 软 岩 ，还 是 层 理 、节理 发育 的中硬 岩层 ，都必须采取 既有 一 定可缩性 ，又有足够支护强度的先柔后刚 的支护 形式 。而对 于深井 工作面支护体 的要 求并非 如此 。因为由于开采 ．采场上覆岩 层 形成 “ 梁”或 “ 拱” 的结 构 以后 ，垂 直压 力 3 2 面发 一 t l 聊 | ，r | 过 “ 粱”或 “ 拱”式结构传递或转嫁到 尽管 也与 “ 粱 ”或 “ 拱” 的结 构形 式有 关 ， 但并不 和采深成正 比。不 过 ，超前移动支 承 压力 及固定支承压力 与采 深成 正 比，而煤 岩 体强 度又随采深 的增加相 对减小 。所 以 ，在 高应 力作 用下 ，就必然导 致工作面前方超前 支承 压力范围 内的煤岩体 遭受破坏 ，轻则 煤 岩体 内产生纵 向裂隙 ；重则煤 岩体破碎 ，而 且 随着工 作面的推进 ，由于超 前支承压力 的 作用 ，这 种破 坏是连续 的。这 种连续性 的破 坏常 常导 致工作面煤壁片 帮 ，而严重片帮 的 结果 又往 往造成顶板无 支护 面积的增大 ，顶 板产生 离 层 、位 移 、脱 落 、直 至 大 范 围漏 顶 ，使工 作面难 以管理 ，安全 性差 ，严重地 阻碍 了生 产的顺利进行 。 另外 ，由于超前支 承压 力 和巷帮侧 压力 的叠 加 ，往往 超前 工 作 面 2 03 o m 范 围 的 上 、下顺槽 断面 产生 较 大 变形 ，棚子 歪 扭 ， 折 梁断柱严重 。特别是工作 面上 、下 出 口处 难 维护 ，直接影响生 产系统的畅通 。 3 深采工作 面对支护 形式 的要求 在支护形式上 ，直 观认 为采 深大 ．垂 直 压力大 ．就 必须选用支撑力 大的支撑式支架 去管理 顶板 ，将是非常盲 目的。 由于深部岩 石 的力 学性 质与支承压力都 发生 了变化 ，煤 及顶板不再 象浅部那样完整 ．而是超前工作 维普资讯 第六图书馆 1 9 9 9年第 2期 总第 3 5期 煤矿开采 1 9 9 9年 6月 面产 生 了破坏 ，如果选用支撑式支 架 ，在移 架过 程 中几经 反复升 、降 ，无疑顶板条 件会 更加 恶化 ，漏顶 、空顶现象会更加严重 ，不 仅影 响正常生 产 ，而且失控顶板 的活动会加 剧煤壁前 方煤体 与直接顶受压 的力度 ，以致 于形成恶 性循 环。除特别 坚硬 的顶板可用 支 撑式支架 外 ，掩护式 支架则是深采工作 面支 护优先选 用 的架型 。波兰多年来对工作 面支 护形式 的研 究 和实 践 也充分 说 明 了这一 点 ， 如 图 I 所示 。 一 图 i 支护形式与日产量的关系 实线一支撑式支架的 日 产量 t ／ d ； 虚线掩护式支架的日产量 从图 中可 以看 出 当采深 4 o 0 m 时 ，掩 护 支 架 的 日产 量 为 支撑 式 支架 的 I ． 1 6倍 ； 当采深 5 0 o m时 ，掩 护式 支 架 的 日产 量是 支 撑式 支 架 的 I ． 2 3倍 ；到 达 7 0 0 m 时 为 I ． 2 5 倍 ，到达 8 0 0 m时 ．就 明显 地显 示 出架 型 的 优越性 。若 采 深超 过 8 0 0 m 时 ．无 疑地 采用 掩 护式 支架是 比较有 利的。 对 于单体支柱工 作面 ，同样应设法及 时 支 护落 煤 后 新 裸 露 的 顶 板 ，减小 无 支 护 空 间 。在 支 护 方 式 的 选 择 上 ，可采 用 连 锁棚 子 ，正悬臂 交错顶粱支架 ．正倒悬臂错粱直 线柱支架 以及贴帮柱 等。炮采时 ．炮 眼布置 及装药量要合理，避免崩倒支架。为了进一 步缩小控顶 距 ，减少顶 板的破碎机率 ，在应 用采煤机采 煤时 ．可使用 m脚型短 托粱 实现及 时支护。 当机道宽度 为 I ． 1 5 m时 ，采 用 I m长铰接 顶粱 ，若柱前后 梁长各为 0 ． 6 m 和 0 ． 4 m，则 梁靖 距为 0． 5 5 m，接一节短顶粱 0 ． 5 m后 ，粱 端 就 只有 O ． 0 5 m 了。机 组 采 第 一 刀时 ，在基本 顶梁上接一根 基本顶梁 ，支 临时支 柱 ，梁端距 还是 O ． 0 5 m，机 组采 第二 刀时 ，支正常柱 ，拆 临时柱 ．在新基本 梁上 固定短顶粱 ，梁端距又是 O ． 0 ，如图 2所示。 Ic a 一 }； 一 一 I耄J耋兽 I a Ic ia 一 一 采 第一月 后 果 第二 后 图2 短粱与基本顶粱配音示意 4 深采 工作 面矿压控制措施 I 对工作 面前方 已产生 裂隙 的煤 、岩 体 ． 超前工作面注浆，注入树脂类牯结剂，使 其 固化 ，提 高煤岩 体 自身强度 ，保证其 稳定 性 ；也可采用深孔树脂锚杆加固顶板和煤壁 。 2 尽量缩小端 面空顶距 ，减小无支 护 面积 。若 液压 支架前探梁有 伸缩功能 ．更有 利于新暴 露顶 板 的及时 维护 ，特别有利 于片 帮后裸露顶板 的管 理。 3 提 高前粱 支撑 力 ，及早 地使 支撑 力 与顶板压力取 得平衡 ．减小 新暴 露顶板 的离 层 、挠 曲机率 。加 强移架工 序的管理 ．尽力 减少破碎顶板 的活动程度 。 4 对单体支柱工作面，顶梁上尽量铺 笆或金属 网，若 有漏 顶 ，应及 时 构顶 填实 ． 以防顶板失控 ．导致 支架 的失稳 。 5 要有合理的开采顺序和 回采方向． 避免应力叠加造成煤壁 压酥 ，顶 板破 坏。 6 工作面上 、下 出 口及上 、下顺槽 超 前支 承压力 的应力叠加 带 ．应优先选 用稳定 性 较好的十字铰接顶 粱支护 系统 。 7 要踏实地做好测压工作．掌握初次 垮 落、初次来压 、周期来 压步距 、超前支 承 压 力的有害影响范 围、支 柱载荷及巷 道围岩 变形 规律 ，以便针对性地 做好量化管 理。 参考文献 1 曼绪华深井矿山压力与开采 的关系矿业科 学技 术 ，1 9 9 3 年 3 2 岑传鸿顶板灾害防治 ．棣州中国矿业大学出版社 收稿 日期1 9 9 8 1 02 8 ； 责任犏辑 郜正立 3 3 维普资讯 第六图书馆