复合顶板煤层逮顶综掘技术探索与应用.PDF

第 2 6 卷第 6 期 2 O O 7年 6月 煤炭技术 Co a l Tech n o l O R V V0 1 ． 2 6． N0 ． 6 J Il I l ， 2 O O 7 复合顶板煤层逮顶综掘技术探索与应用 陈苗虎 1 ． 淮南矿业集团公司 张集煤矿，安徽 凤台 2 3 2 1 7 4 ；2 ． 中国矿业大学 能源学院，江苏 徐州 2 2 1 0 0 0 摘要 在极易冒落的复合顶板条件下 ， 通过在破工序中采取轻割浅割、 留顶帮人工挖刷等多种手段减轻对顶板的 松动破坏 ， 在支护工序中采取加大锚梁网支护本身的密度和采用联合支护弥补单一支护方式的不足等方法的探 索， 成功解决了逮复合顶板综掘的四大技术难题， 而且应用效果良好。 关键词 复合顶板煤层 ；综合机械化掘进 ；锚梁网支护；联合支护 中图分类号 1 3 3 8 2 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 8 7 2 5 2 0 0 7 0 6 0 0 4 6 0 3 Ex p l o r a t i o n a n d Ap p l i c a t i o n o f I n t e g r a t i v e M e c h a n i s a t i o n Tu n n e l i n g Te c h n i c Un d e r Co a l Be d wi t h Co m p o u n d Ro o f CHENG Ma oh u 1 ． Z h a n g j i C o a l Mi n e ， H u a i n a n Min i n g I n d u s m ]G r o u p C o m p ． ， e n g t a i 2 3 2 1 7 4 ， C h i n a ； 2 ． C o U e g e o f E n e r g y S o u r c e ， C h i n a U ni v e r s i t y ofMini ng T e c h n o l o gy。 X u z h o u 2 2 1 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t O n t h e c o n d i t i o n o f c o mp o u n d r o o f w h i c h i s a r o p ed e a s i l y ，i n b r e a k i n g u p p mc e d u m，i n c i s e i t g e n t l y a n d s l o wl y．pu t a p a r t r o o f and s i d e an d t h e n d i g i t b y h and，an d S O o n，we u s e山e m mi t i g a t i n g b r e a k a g e t o r o o f ．I n s u p p o r t p r o c e d u r e ．w e i n c r e ase i t s e l f c o n s i s t e n c y o f s u s t e n t a t i o n w i 山 anc h o rg i r d e rw i r e n e t t i n g ， a d o p t u n i t ed s u p port t o o ff s e t s h o r t a g e o f s i mp l e x s u p po rt．B y a f o r e me n t i o n ed e x p l o r a t i o n ，n o t o n l y s u c c e ede d t 0 S O l v e f o u r b- --i glr e c h n i c al d i ffic u l t -p o m b -1 e Ⅱ 塔0 f i n t e a t i v e m e c h a n i s a t i o n t u 】n J 1 e 1 i n g t e c h n i c und e r c o a l b e d w i th c o mp o u n d r o o f ，b u t a l s o the a p p l i c a t i o n e ffe c t Was g o o d． Ke y wo r d s c o mp o u n d r o o f c o a l s e a m ； i n t e g r a t i v e mec h an i s a t i o n t u n n e l i n g； s u p p o rt wi th an c ho r ，be am and n e t ；un i t e d s u po r t 1 概述 1 ． 1 地质条件 张集煤矿北一采区 8 煤层厚度 0 ． 8 8 5 ． 5 8 m， 平均 2 ． 9 4 m， 顶板为由裂隙极其发育的炭质泥岩、 砂质泥岩及煤线等组成， 厚度从 2 0 0 2 0 0 0 IB m不 2 ． 2 工作面上下安全出口支护 工作面上安全出口长 3 ． 0 m， 高 2 ． 0 m ， 宽 1 ． 0 m ， 采用5 对 3 ． 5 m长的7 c 型钢梁配合单体液压支柱 支护 ， 主副梁均一梁三柱 ， 每对棚 6根柱 ， 棚距 0 ． 6 m。下安全出口长 4 ． 0 m， 高 2 ． 0 m， 宽 1 ． 0 m， 安全出 口机头上方采用 4对 8根 4 m长大托子加强支护 ， 机头大托子一梁三柱成对使用， 同采面整体交替迈 步进行 。大托子穿 鞋并且初 撑力要 达到 9 o k N以 上 ， 下安全出口的支护方式同上安全 出口相同 J 。 2 ． 3 放顶 当工作面全部采通或分段采通后， 即可把错后 的梁前移 ， 前移 副梁时 ， 须先把副梁舍帮柱回出， 站 到主梁煤墙侧。副梁前移后， 原来副梁的煤墙柱仍 站到副梁煤墙侧 。将 副梁前移与主梁并成对棚后 ， 工作面形成最小控顶距。 3 顶板控制效果 通过对采场 的矿压观测 ， 直接顶垮落时采场顶 板有 明显压力显现 ， 平均顶底移近量为 3 05 0 m m， 对煤壁前 1 5 2 0 m的巷道影响较大 ， 巷道顶板 日均 下沉量为3 5 IB m 。老顶初次来压时， 工作面顶板 压力显现 明显 ， 平均每天顶底板移近量为 1 3 01 4 0 m m， 持续时间 3 5 d ， 老顶初次垮落时距煤壁 5 0 m 范围内的巷道均受压力影 响， 巷道顶板 日均下沉量 2 3 m m。第一次老顶周期来压时顶板活动 比较强 烈， 距煤壁 3 0 m范围内矿压显现比较明显， 正常周 期来压时压 力并不 明显。支柱压缩量为 34 m m， 穿鞋后支柱钻底量为 2 03 0 m m。 4 结论 采用单体液压支柱配合 兀 型钢梁对棚支护， 增 加了支架的支护强度， 提高了支架的整体稳定性。 在进行放顶煤开采时 ， 顶板的活动情况与分层开采 时差别不大， 能够有效地对顶板进行控制， 为在三软 不稳定煤层中推广炮采放顶煤技术， 改善安全状况， 降低生产成本， 提高经济效益提供了有益的借鉴。 参 考 文献 [ 1 ] 张顶立 ． 综合机械化放顶煤采场矿山压力控制[ M] ． 北京 煤炭 工业出版社 ， 1 9 9 9 ． [ 2 ] 李化敏 ， 周英， 翟新献 ． 放顶煤开采顶煤变形与破碎特征[ J ] ． 煤 炭学报 ， 2 0 0 0 ， 4 ． [ 3 ] 靳钟铭 ， 宋选民， 康天合， 等． 顶煤冒放性影响因素及分类研究 [ A ] ． 煤炭工业部放顶煤开采技术中心． 综合机械化放顶煤开 采论文集 [ C ] ． 徐州 中国矿业大学出版社 ， 1 9 9 6 ． [ 4 ] 成家钰 ． 煤矿作业规程编制指南[ M] ． 北京 煤炭工业出版社 ， 2 【 5 ． 收稿 日期 - 2 0 0 7 0 2 1 1 ； 修订 日期 2 0 0 7 0 4 1 7 作者简介 陈苗虎 1 9 6 9一 ， 男 ， 安徽安庆人 ， 工程师， 1 9 9 3 年 、 2 0 0 0 年分别毕业于原淮南矿业学院和中国矿业大学 ， 工学学士、 管理学士双学位， 在安徽矿业集团张集煤矿生产技术二科工作， 现中国矿业大学安全工程专业工程硕士研究生在读， T e l 0 5 5 4 7 6 6 6 7 9 7。 维普资讯 第 6期 陈苗虎 复合顶板煤层逮顶综掘技 术探讨与应用 ‘ 4 7 等且不稳定 。煤层顶板相变较大 尤其是北翼 ， 其 中相当一部分 区域 的复合顶厚 度超 过 1 m 1 7 2 4 8 W 工作面最大厚度达 1 ． 1 m ， 1 7 2 2 8 工作面最大厚度达 1 ． 9 m ， 复合顶 向下 0 ． 4～0 ． 5 m含夹矸 1 ～2层 ， 夹 矸厚度 0 ． 1 ～0 ． 6 m， 煤层底板亦为泥岩及砂质 泥岩 结构 ， 顶板充水水源为砂岩裂 隙水 ， 正常涌水量 0～ 5 H l 3 ／ h ， 最大涌水量 l 0 H l 3 ／ h 。 1 ． 2 逮复合顶施工技术难点 张集矿北一采区 8 煤层工作面为条带式布置， 下山掘进， 各工作面顺槽掘进头井下标高在 一 4 6 4 ～ 一 6 2 0 m之间 ， 最大埋深处地层压力约 1 7 M P a 。工 作面运顺断面规格为 4 8 0 0 ra i n3 2 0 0 ln l T l ， 轨顺断 面规格为 4 6 0 0 l n lT l 3 2 0 0 l l li n ， 设计支护形式采用 锚梁网或架 2 9 U型钢拱形棚支护 ， 设计施工方法 为 综合机械化掘进。在上述地质条件和设计开采条件 下， 如果破复合顶掘进， 将直接给工作面后期回采带 来因采底煤而使 2 道超高的技术难题， 不利于两巷 超前支护的安全管理， 同时造成商品煤灰分加大、 煤 质下降。基于上述问题必须实施逮复合顶掘进 ， 但 逮复合顶掘进存在以下技术难题 1 复合顶板从综掘机开始切割 到永久支护未 完成前这段时间里极易冒落， 施工过程中易造成顶 板事故 ， 作业过程中安全系数较低。 2 顶板早期离层明显 ， 顶板碎裂后悬沉 ， 极大 削弱了锚梁 网主动支护方式的效果。 3 掘进活动发生后 ， 老顶砂岩水沿岩层裂隙流 人由炭质泥岩 、 页岩、 砂泥岩 、 煤线组成 的复合顶 ， 遇 水的复合顶迅速膨胀 ， 对穿过其中支护顶板的锚杆 、 锚索产生巨大的预应力， 易拉断锚杆、 锚索， 严重时 可导致大面积垮顶 。 4 复合顶开掘后变得破碎松散 ， 易造成锚杆 、 锚索失锚而留下安全隐患。 为解决托复合顶进行综合机械化掘进 的上述技 术难题 ， 该矿安全生产技术部门与合肥煤炭开采研 究所密切合作， 针对以上技术难点， 从 2 个方面 ① 在“ 破” 工序中减轻对顶板的松动破坏 ； ②在“ 支” 工 序中加大锚梁网支护本身的密度和采用联合支护弥 补单一支护方式 的不足。 人手在 二期工程首采 面 l 7 2 4 8 w 工作面运顺、 降低轨顺掘进中进行了 有益探索， 而后又将该项技术加 以总结并应用于 1 7 2 2 8 工作面运顺、 轨顺掘进施工中， 取得了成功。 2 逮复合顶综掘方案设计 2 ． 1 逮复合顶掘进的前提条件 根据该矿对于煤质灰分指标的要求和回采安全 生产的需要 ， 经研究决定在复合顶厚度 达到 0 ． 6 m 以上时， 实行逮复合顶掘进， 否则破复合顶掘进。 2 ． 2 综掘施工掘、 支施工方案设计 2 ． 2 ． 1 支护方式设计 复合顶不能立即随掘随冒时选用锚梁网支护形 式 ； 少数地段复合顶特别破碎或随掘 随冒严重时采 取架棚支护 。 2 ． 2 ． 2 掘、 支方案设计 1 锚梁网支护时 ， 适 当缩小锚杆排距 由正常 的 8 5 0 ～9 0 0 l n lT l 缩小到 8 0 0 m m ， 进 刀割煤 时一刀 只准切割一排 ， 综掘机切割顶部 区域时采取慢进慢 切的进刀方法， 顶部切割完毕后立即打上 2 棵带帽 点柱进行临时支护 ， 必要时打超前护顶锚杆 ， 而后用 手镐 风镐 人工刷扩帮部和肩窝成形并进行顶、 帮 的永久支护。 另外为加强对松动离层 的复合顶 的支护 ， 紧跟 综掘机桥式转 载机后 沿巷 中于每根钢 带上打一排 串 2 0 ln lT l 3 3 0 0 ln lT l 的优质圆木点柱作为加强支护。 在加强支护的同时加强巷道的矿压观测， 即将 适当加 大矿压 观测站 的密 度 由破顶 掘进 时 的每 1 0 0 m设立 1 个观测站改为 8 O m设置 1 个 和观测 频度 ， 对观测结果及时统计分析 ， 根据分析结果及时 修正和优化支护参数 。 2 架棚支护时实行小棚距 6 O O m m 掘进 ， 进刀 割煤时每刀切割一棚 ， 切割时实行分次切割， 即先切 割巷道顶部， 梁窝切割出后立即架好前探梁， 必要时 使用撞楔超前护顶， 上齐棚梁并背好顶后再向下切 割 ， 下部切割完毕后再栽腿腰帮。 3 逮复合顶锚梁网支护参数设计与选择 虽然轨道顺槽净宽较运输顺槽小 2 0 0 l n l T l ， 但在 逮复合顶施工时锚梁网支护参数的设计和选择上基 本一样。经在 l 7 2 4 8 w 工作面运顺、 降低轨顺的初 次实验和其后的 1 7 2 2 8 工作面运顺、 轨顺掘进实践 中的反复优化， 逮复合顶综掘锚梁网支护详细参数 及确保设计支护效果的措施如下所示 。 3 ． 1 逮复合顶综掘锚梁网支护技术参数 锚杆 顶板布置 6 根 串 2 0 l n lT l 2 5 0 0 l n l T l S i Mn 钢 锚杆 ， 帮部布置 4根 中 l 8 l n lT l 1 8 0 0 l n lT l S i Mn钢锚 杆 ； 锚杆排距适 当缩小 ， 顶板锚杆间排距 8 4 0 m l T l 8 0 0 l n l T l ， 帮部锚杆间排距 8 5 0 l n l T l 8 0 0 l n l T l 。 钢带 顶板采用 4 4 0 0 ln lT l 1 9 0 ln lT l 5 ln in的 M5型钢带 ， 帮部采用 2 9 0 0 n l i I 1 1 5 0 n l i I 1 3 m i l l 的 A 3轻型钢带。 锚索采用 中 l 8 l n lT l 6 3 0 0 l n lT l 的钢绞线 ， 保证其 锚固到坚硬顶板内的深度不低于 1 0 0 0 ln lT l ， 锚索采 用“ 2 2 ”布置方式， 锚索间排距 1 4 0 0 ln lT l 8 0 0 维普资讯 4 8 煤炭技术 第 2 6卷 to n i ， 组合锚索用 2 0 0 0 to n i的 1 2 槽 钢和 锁具 固定。 金属网采用 1 2 镀锌铁丝机械编织菱形 网， 顶 部网规格 5 0 0 0 to n i 9 0 O to n i ， 帮部网规格 3 2 0 0 to n i 9 0 0 to n i 。网片间压茬 1 0 0 to n i ， 每隔 2 0 0 to n i 用双 股 1 6 铁丝绑扎一道。 锚 固剂采用 Z 2 3 8 0型树脂药卷 ， 顶板锚杆 2 支／ 眼， 帮部锚杆 1 支／ 眼， 锚索 3 支／ 眼。 3 ． 2 逮复合顶综掘锚梁网支护特别技术保障措施 1 施工过程 中锚杆排距误差严 格控制在 3 0 to n i 以内， 加强锚杆 特别是顶 板锚杆 的拉拔测试 和加强施工监督， 确保锚杆锚固力达到设计值， 发现 失锚的及时补打。 2 施工时严格要求所有钢带和锚杆托板必须 紧贴岩面 ， 以减小两帮松动鼓胀。 3 掉顶严重和顶板有裂隙 的地段在沿巷道走 向在两侧再打一排走 向槽钢组合锚 索， 补打的加强 支护走向锚索与巷道中线间距控制在 1 ． 1 ～1 ． 2 rn 左右。 4 对 于片帮宽度超过 5 0 0 to n i 以上 的， 在顶板 补打锚杆和走 向槽钢组合锚索支护顶板空挡。 及时安装和张拉， 不得超时安装和延期张拉。 6 通过技术改造， 将原来由人工手动张拉的锚 索张拉仪改接到综掘机的液压系统中， 使锚索张拉 时锚索的预紧力全部达到设计值5 0 k N ， 从而减小复 合顶的初期离层量。 7 在顶板淋水地带 ， 采取对锚杆锚索刷防锈漆 等防锈蚀措施 ， 以防锚杆锚索被锈蚀拉断。 8 联网时通过严格控制压茬尺寸、 用专用联 网 钩联 网等措施确保联 网质量 ， 以利 网片有效兜住顶 板碎矸 。 9 顶板淋水较大时 ， 锚杆、 锚索 眼最里面 1支 药卷换用 K 2 3 5 0型 ， 以确保达到设计锚固力。 1 0 安装锚杆、 锚索时， 严格要求施工时必须将 药卷送到位后再搅拌， 搅拌时要求搅拌时间不得低 于 5 0 s 送人孔底后搅拌时间不小于 1 5 S ， 以充分 搅拌确保锚杆、 锚索端头锚固和药卷的固结 ， 严防凝 固时间不到提前预紧而达不到设计锚固力。 4 支护效果观测 1 7 2 4 8 w 面掘进期间， 通过在运顺、 降低轨顺 正常段和逮复合顶段布置矿压观测站， 得到两巷观 5 锚索施工时要求严格按照规程规定的时间 测结果如表 1 所示 表 1 两巷观测结果表 由表 1 可以看出， 采取上述综合措施后 ， 在逮复 合顶段矿压显现 和正 常段 的矿压显现相 差不是很 大， 矿压 显现都 不是很 明显 ， 综合 措施 效果 明显。 1 7 2 7 8 工作面逮复合顶综掘使用锚梁 网支护 同样取 得成功 ， 这里不再赘述。 5 社会经济效益分析 1 7 2 4 8 W 工 作面 降低轨 顺 逮复合 顶施 工 1 9 8 r n ， 运顺逮复合顶施工 2 7 0 m， 1 7 2 2 8 工作面轨顺 逮复合顶施工 6 1 0 m， 运顺逮复合顶施工 5 5 0 m ， 平 均逮顶厚度 0 ． 8 m。上述巷道采用逮复合顶综掘技 术施工后 ， 累计减少破矸 6 1 24 ， 减少运矸石 1 2 2 5 。以上这些不但避免了破顶掘进时带来回采时 两道超高， 有效保证 了回采时两巷超前支护的安全 性和煤炭资源回收率的提高； 而且大大降低了掘进 煤和全矿原煤灰分， 有效提高了原煤销售价格； 同时 少破矸、 少运矸也大大降低了动力成本和减少了综 掘大型设备的磨损。 维普资讯