大倾角工作面放顶煤开采顶板控制技术.pdf

当代化工研究 OO Modem Chemical Research 技术应用与研究 2020 13 大倾角工作面放顶煤开采顶板控制技术 * 张晓波 晋 煤 集 团 成 庄 矿 山 西 048021 搞要搞要近年来，就我国煤炭开采行业的发展现状可以看到，煤炭开采环境较为复杂，开采空间较小、极易形成一些安全隐患，给煤炭开 采人员的生命安全带来了巨大的威胁。为从根本上解决这一问题，营造出一个相对安全的煤炭开采环境，本文针对煤炭开采作业中大倾角 工作面放顶煤开采顶板控制技术这一话题展开了一个深入的探讨 关键关键词 大倾角工作面；顶煤开采；顶板控制技术 中图分类吾中图分类吾TD823 文献标识码823 文献标识码A Roof Control Technology for Caving Mining in Large Inclined Face Zhang Xiaobo Chengzhuang Mine, Jirnnei Group, Shanxi, 048021 Abstract In recent years, it can be seen from the development status of Chinas coal mining industry that the coal mining environment is relatively complex, the mining space is relatively small, and some potential safety hazards are easily ed, which poses a great threat to the life safety of coal miners. In order to solve this problem fundamentally and create a relatively safe environment for coal mining, this paper has carried out an in- depth discussion on the topic of roof control technology for caving mining in large inclinedface during coal mining. Key words i large inclination working face； caving mining-, roof control technology 1. 工作面概况 煤矿开采工作面实质上指的是煤矿开采的第一现场，在 煤矿开采工作面中，由于其空间较小、环境较为复杂，因此 常常会出现一些透水事故、坍塌事故或爆炸事故等，进而对 煤矿开采的工作人员造成生命健康方面的威胁。本文将以蒋 家河煤矿为例，对其工作面进行详细介绍。蒋家河煤矿位于 陕西省彬长矿区，当地地形较为平坦且不具有裂缝、断层等 地质特征。在蒋家河煤矿中，其煤炭资源主要位于深埋与地 下500米左右的地带，其所处位置岩石含水量较低，因此可 以从一定程度上杜绝煤矿开采中透水事故的发生。为了完成 对蒋家河煤矿中煤炭资源的开采工作，其煤矿开采企业在蒋 家河煤矿中建设了用于开采煤炭资源的顶煤工作面。该工作 面的厚度大致为600米，其成分主要为灰白色的粉砂岩。本 次蒋家河煤矿所建设的顶煤工作面其长度为1500米、倾斜长 度约为150米，通过该工作面煤炭企业可以开采约148. 8吨的 煤炭资源。为了保障其煤炭开采过程中工作人员的生命健康 安全，我们还在其工作面中建设了顶板。该工作面的顶板大 致分为四部分，首先是伪顶，伪顶所使用的成分是泥岩，其 厚度大致为1.5米 。第二部分为直接顶，在直接顶中我们所 使用的材料为泥岩与砂制泥岩，其厚度大致为13米。第三部 分为老顶，老顶中所使用的材料为灰色粉砂岩，其厚度约为 14米。最后一部分为底板，底板是由碳制泥岩以及铝制泥岩 所制作的，其厚度大致为5米左右。 2. 工作面基本支架的布置及规格 在上文中，我们曾提到煤矿开采的工作面中时常会出 现透水、坍塌等事故，而这将会严重的威胁到煤矿开采人员 的生命健康安全，因此煤矿企业在工作面的建设工作中往往 均会建设相应的顶板以及基本支架，从而防止煤矿开采工作 面出现坍塌或透水等事故。在蒋家河煤矿开采工作面中，由 于其独特的地质特征以及地理环境等因素，因此在对其工作 面进行支架布置时，我们均采用了DZ-22型单体支柱。DZ-22 型单体指数是液压支柱的一种，其最小支撑高度可以达到 1200m m , 而其最大支撑高度可以达到2500m m 。在蒋家河煤矿 工作面的建设中，我们不但采取了 DZ-22型单体支柱，同时 还使用了钢梁、边柱等支架。其中共建设了 5个钢柱，分别 是3个主钢梁柱，2个副钢梁柱。此外在建设蒋家河煤矿工作 面时还使用了许多的边框，这进一步加强了蒋家河煤矿工作 面的稳定程度。 3.上覆岩层运移和顶煤变形破碎规律 为了进一步加强煤矿开采工作的安全性与稳定性，我们 首先需要了解上覆岩层运移和顶煤变形破碎的规律。而在了 解煤矿工作面上覆岩层运移和顶煤变形破碎的规律时，我们 需要分别对上覆岩层移动规律、顶煤变形的移动规律、顶煤 破碎规律以及顶煤放出的规律，同时还需要对采场支架与围 岩相互作用的关系具有一定的了解。 ⑴上夜岩层移动规律岩层移动规律 煤矿开采工作面的上覆岩层移动将会严重的影响到煤矿 开采工作面的稳固性，若是无法根据煤矿开采工作面上覆岩 层的移动规律对其工作面进行相应的加强，那么极有可能会 导致煤矿开采工作面出现崩塌或裂缝的现象，进而威胁到煤 矿开采人员的生命健康安全。在蒋家河煤矿的大倾角工作面 中，其上覆岩层主要会出现垮落的现象，这些垮落的现象中 有一部分是具有规律可循的，而另一部分则不具备相应的规 律性。首先，由于当地煤矿的工作面高度较高，因此其垮落 的高度也会有一定的增加。其次，由于垮落带高度的增加， 该工作面的顶部极有可能会受到垮落带的影响，进而威胁到 工作面的稳固性以及其中煤矿开采人员的生命健康安全。因 此，煤矿企业需要针对垮落带的煤炭顶部进行加固，进而防 止煤矿工作面的稳固性受到垮落带的影响。最后，随着蒋家 河煤矿挖掘工作的进行，其中的煤矿含量将会逐渐降低，这 极有可能会影响到工作面支架的稳固性以及对整体工作面的 支撑性。因此，为了加强工作面的稳固性，煤矿企业需要在 2020 13 技术应用与研究 当代化工研究 Modem Chemical Research * 煤炭开采的过程中逐步对工作面的支架进行加固，进而避免 由于煤炭资源的减少而使得工作面支架的稳固性降低。 ⑵顶煤变形移动的规律 顶煤的变形与移动不但会影响到工作面的稳固程度， 同时还会影响开采人员对工作面中煤炭资源的开采。因此， 深入研宄顶煤变形移动规律不但可以有效加强工作面的稳固 性，同时还可以更好的帮助开采人员对煤炭资源进行开采。 一般在煤矿工作面中，按照顶煤的变形与移动规律大致可以 分为以下几种区域，其分别是弹性变形区、裂缝扩展区以及 顶煤破碎区、顶煤垮落区。其中弹性变形区是指在煤矿工作 面中可以承受顶煤变形或移动所产生压力的地带，通常在这 一地带中工作面的稳定性并不会受到顶煤变形或一定的影 响。裂缝扩展区是指由于受到顶煤变形与移动的压力而使得 煤炭资源出现裂缝的区域。顶煤破碎区是指由于受到顶煤变 形或移动的压力以及工作面中支架的支撑力，导致顶煤出现 破裂的区域，在这一片区域中，煤矿开采人员需要对顶煤的 坠落以及工作面的稳定性提高重视，从而防止由于顶煤坠落 或工作面坍塌而威胁到自身的生命健康安全。顶煤垮落区是 指由于顶煤变形或移动所造成的压力而使得顶煤出现坠落现 象的区域。煤矿企业应禁止开采人员进入这一区域对煤炭资 源进行开采，同时还应及时对这一区域进行加固。 ⑶顶煤的破碎规律 顶煤的破碎是指顶煤由于受到多方面的压力进而导致顶 煤出现破碎、坠落的现象。在蒋家河煤矿中，根据其顶煤的 破碎程度以及造成顶煤破碎的原因，我们可以将顶煤破碎区 域分为以下几种，其分别是顶煤压裂区、顶煤松动区以及顶 煤坠落区。其中顶煤压裂区是指由于顶煤受到种种压力而出 现碎裂、坠落的区域，若煤炭开采人员在此区域内进行煤炭 开采工作极有可能由于顶煤的破碎而受伤，因此在对本区域 进行开采前，煤矿企业需要对该区域进行加固，确保不再出 现顶煤碎裂与坠落时再对该区域进行开采。顶煤松动区是指 由于工作面支架的原因使顶煤出现一些位移，进而导致顶煤 具有破碎、坠落可能的区域。在对该区域煤炭资源进行开采 前，煤矿企业需要对该区域的支架进行加固、改善进而保障 当地区域中的顶煤不会出现破碎、坠落的现象，从而更好的 保障煤炭开采人员的生命健康安全。顶煤防落区是指开采人 员将工作面的支架移动后会产生顶煤坠落的区域。 ⑷顶煤放出的规律 在完成工作面大部分煤炭资源的开采后，开采人员则 需要将顶煤进行放出，进而对顶煤进行开采。然而，在顶煤 的放出过程中，若是不遵循一定的规律则有可能导致煤矿工 作面产生爆炸或坍塌等事故，进而对开采人员的生命健康安 全形成一定的威胁。因此，为了避免煤炭开采事故的发生， 我们需要按照以下几步对顶煤进行放出。首先，在顶煤放出 前，煤炭开采人员需要从切眼进行推进，进而使顶煤充分垮 落。其次，开采人员还需要使用支架对顶煤开采的空间进行 支撑，从而防止工作面发生坍塌等事故。最后，开采人员还 需要对顶煤的质量进行检测。在完成上述几步后，开采人员 便可以完成顶煤的放出，进而继续对顶煤进行开采。 ⑶采场支架与围岩相无作用的关系 在煤矿工作面中采场支架主要用于维持工作面的稳固， 防止其坍塌，而围岩则是指工作面周边的岩石，通过使用围 岩可以有效提高工作面的整体性，进而从一定程度上提高工 作面的稳定性。从力学角度而言，采场支架与围岩是一对相 互作用力，围岩会对工作面的顶板形成一种压力，而采场支 架则会对顶板形成一种支撑力。在这一堆相互作用力的作用 下，工作面的顶板将会形成一个整体，进而更加稳固。因此 在对煤矿工作面建设支架时，我们需要考虑到围岩对顶板的 压力进而提供相应的支撑力，仅有这样才能更好的完成对工 作面的加固工作。 4. 主要技术安全措施 为了保障大倾角工作面顶煤开采工作中，开采人员的生 命健康安全，我们需要使用以下技术安全措施。首先，便是 上文中所提到的采场支架，通过使用采场支架可以有效提高 顶煤的整体性，进而对工作面进行加固。其次，在大倾角工 作面放顶煤开采的过程中，我们还需要加强对放炮的管理。 放炮、打眼等工作虽然可以方便开采人员对顶煤的开采，然 而也有可能会导致煤矿出现爆炸或崩塌的危险。因此，我们 在放炮或打眼的过程中需要严格的对当地的地质进行检查， 确认其下方为岩石后方能进行放炮或打眼。最后，在大倾角 工作面放顶煤开采的过程中，煤矿企业还需要加强工作面顶 网的连接工作，从而防止顶煤坠落对开采人员造成危害。 5. 结束语 综上，针对大倾角工作面放顶煤开采顶板控制技术改 革这一话题，我们展开了一个深入的探讨、分析。研宄表 明，现阶段我国大倾角工作面的改革作为煤矿开采工作中的 重点，受到很多领域的关注。在本文的介绍中，我们详细分 析了实际施工作业中关于大倾角工作面的基本支架布置和规 格，并对上覆岩层运移和顶煤变形破碎的规律进行了逐一分 析。最后就目前我国煤炭开采作业中大倾角工作面的主要技 术安全措施展开了一个简单的论述。这将在一定程度上推动 我国煤炭开采行业的发展，做好相关煤炭开采作业中的安全 防护工作，保证煤炭开采工作人员的人身安全，营造一个相 对稳定的开采环境。 【 参考文献】 [1 ]杜锋卓.轻型放顶煤工作面双向大倾角复合顶板控制技术 [J].内蒙古煤炭经济,2018 23 3251. [2] 赵风权.赵各庄矿大倾角放顶煤液压支架应用技术分析 [J].科技与企业， 2012 12 271. [3] 徐学富.综放大坡度仰斜开采及围岩控制技术研究[D].西 安科技大学， 2011. [4] 计跃.大倾角工作面放顶煤开采顶板控制技术[J].煤矿开 采,2002 S2 12-14_ 【 作者简介】 张 晓 波 （ 1983-, 男，汉族，山西省晋城市人，采矿工程 师，晋煤集团成庄矿；研究方向煤炭开采.