亚辰煤业综采放顶煤工作面顶板控制技术探讨.pdf

江西煤炭科技江西煤炭科技2020年第2期 亚辰煤业综采放顶煤工作面顶板控制技术探讨 张 雄 （山西吕梁离石西山亚辰煤业有限公司，山西离石033000） 摘要针对亚辰煤业29103放顶煤工作面的具体条件，选用ZF5300/17/32支撑掩护式液压支架，并进行了支护强度和工 作阻力验算，确定了端头支架型号及支护方式；分析了工作面在特殊条件下的顶板管理措施；最后通过现场支架监测数据， 分析得到所选支架工作阻力均未超过额定阻力，完全可以满足29103工作面的安全生产需求，且支架支撑能力得到了较大 程度的发挥。 关键词综采放顶煤；液压支架支护强度；工作阻力；顶板管理 中图分类号TD832.494文献标识码C文章编号1006-2572（2020）02-0107-03 Discussion on Roof Control Technology at Fully-mechanized Caving Face in Yachen Coal Industry Co. Zhang Xiong Xishan Yachen Coal Industry Co., Ltd., Lishi, Shanxi 033000 Abstract The paper introduces the application of ZF5300/17/32shield hydraulic support at 29103caving coal face in Yachen Coal Industry Co., determining the end support model and support mode by checking the support strength and working resistance not exceeding the rated resistance, which can fully meet the safety production demand of 29103working face with adequate support capacity. Key words caving coal; hydraulic support; support strength; working resistance; roof management 亚辰煤业有限公司位于山西吕梁离石市，矿井 井田面积1.5km2，可采煤层为8、9，根据设计能力 0.6Mt/a。 矿井属于低瓦斯矿井，现生产水平为 710m水平，29103工作面开采井田东翼9号煤层， 北接9号右翼皮带巷，南与山西煤炭运销集团锦瑞煤 业相邻，东临29102工作面采空区（保安煤柱25m）， 西与山西楼俊集团泰业煤业相邻。29103工作面对 应上方间隔6.72～10.62m为8号煤层28103、28104 工作面采空区。9号煤层属稳定可采近水平厚煤层， 煤层倾角5 ～7，平均6，煤 厚3.9～4.5m，平 均4.2m。 29103工作面走向长625m，倾向长148m。根据 煤层赋存情况，确定采煤机采高跟底为2.2m，放顶 煤高度为2m，采放比为1︰0.68。 工作面采用综采 放顶煤开采工艺，全部垮落法管理顶板。 工作面绝对瓦 斯涌出量1.45m3/min，相对瓦斯涌出量为1.25m3/t。 工作面顶底板岩性见表1。 表1工作面顶底板岩性 顶底板名称岩层名称厚度/m岩性特征 老顶中粒砂岩8.80灰色，含有植物化石 直接顶泥岩1.40 灰黑色、半坚硬、性脆、含植 物化石 伪顶页岩0.30灰黑色，破碎易冒落 直接底泥岩5.45 灰黑色、厚层状、半坚硬、性 脆、含植物化石 老底砂质泥岩4.90 深灰色、中厚层状、水平层 理、砂质不均，性脆半坚硬 107 江西煤炭科技江西煤炭科技2020年第2期 2.1工作面支护 工作面采用ZF5300/17/32支撑掩护式液压支 架支护，共106架，本架操作（机头1端头支架除外）， 追机移架及时支护顶板，移架滞后采煤机后滚筒3～ 5个架为准，支架接顶严实，初撑力不小于24MPa。支 架技术参数见表2。 表2 ZF5300/17/32型液压支架技术特征 液压支架的支护强度校验［1-2］ （1）支架支撑高度的确定 Hmax≥Mmax0.2 Hmin≤Mmin-0.2～0.3 式中Hmax、Hmin为支架最大、最小高度，m；Mmax、Mmin为 工作面最大、最小采高，m。 则支架最大高度Hmax≥2.50.22.7m；支架 最小高度Hmin≤2.5-0.32.2m。 确定支架高度Hmax2.7m，Hmin2.2m， 所选液 压支架型号符合需求。 （2）支架支护强度的计算 PKdg冒g顶 式中P为支架支护强度，MPa；Kd为动载系数，取 1.5；g冒为冒落带自重应力，MPa；g顶为顶煤自重应 力，MPa。 g冒r1h1， g顶r2h2 式中r1为上覆岩层容重，取18kN/m3；m为工作面采 高，m2.5m；δ为岩石初期碎胀系数，取δ1.25；r2为 顶煤容重， 取r21.59.814.7kN/m3；h2为放顶煤 高度，h21.9m。 则g冒r1h11810＝180kN/m2；g顶r2h214.7 1.9＝27.9kN/m2；P312kN/m30.32MPa 取上述计算的最大值，支架支护强度不应小于 0.32MPa。 （3）支架工作阻力计算 液压支架工作阻力下限应为 FPSCBC/K 式中F为支架工作阻力，kN/架；P为额定支护强度， 取440kN/m2；SC为支架中心距，1.5m；BC为支架最 大控顶距，6.7m；K为支撑效率，0.75。 代入数据F4180kN。 则支架工作阻力应不小 于4180kN。 选取支架工作阻力为5300kN。 （4）底板比压计算 PR0/S 式中p为对底板的压强，MPa；R0为液压支架在额定 压力时，对底板的压强，5300kN；S为液压支架底座 面积，3.9m2。 代入数据P1.36MPa。由于该工作面底板为泥 岩，普氏系数为1.66MPa，即底板所能承受的压强 为P21.66MPa，因P2＞P,故工作面支架不会出现钻 底现象。 2.2端头支护 （1）端头支护工作面端头采用ZFG6000/17/32H 支撑掩护式放顶煤端头支架支护，共6架，辅助半圆 木、单体进行支护。 （2）机头、机尾切顶支护正常支护时，机头、机 尾沿切顶线支设两排密集支柱配合半圆木作为端 头的切顶支护。 切顶线位置为机头与转载机机尾 齐，机尾与运输机机尾齐；半圆木规格长度3.2m，直 径180mm。 隅角侧切顶支护第一排单体柱距400mm， 往外按排距800mm打设第二排单体，柱距800mm。 采煤机在机尾机头返刀拉两端头支架前，沿推进方 向前800mm处，以800mm的柱距打一排单体，拉出 支架、移出后溜子后，及时回撤落山侧第一排密集 支柱，将原第二排柱距800mm的切顶支柱按柱距 400mm支护成密集支护，随工作面的推进进行循环 支护。 2.3特殊条件下顶板支护管理 （1）当工作面顶板破碎严重时，及时超前带压 拉架，正确使用伸缩梁；若移架前顶板已冒落，应立 即停止生产，用圆木、板梁将顶部勾严勾实，配合带 压拉架。 （2）工作面来压时确保液压支架初撑力合格， 防止工作面老顶周期来压和冲击性压力损坏支架 部件。 （3）工作面停采前两巷进行补强支护，确定停 采前一般30m范围不放顶煤，保证停采线内部15m 范围内两巷及工作面顶板完整。 回采过程中，工作面每隔10道液压支架下安设 一组BZY-60型双针压力表，对工作面支架的来压阻 力、煤壁片帮情况进行观测，由综采队技术员每天 填写监测参数，并进行分析处理。 工作阻力/ kN 初撑力/ kN 高度/m 中心距/ mm 支护强度/ MPa 重量/t 530042401.7/3.215000.72～0.7517.5 108 江西煤炭科技江西煤炭科技2020年第2期 取样分析，同时对进回风隅角、工作 面、破碎带等区域进行日常监测。 914工作面通过多项防灭火措施的应用， 在停 产200多天里，回风流中气体基本保证稳定，CO含量 检测值一直为0PPm，温度维持在13℃～16℃。 在 监测点氧气浓度变化稳定，进风隅角为20.4左右， 随支架逐渐降低，至回风隅角浓度为4左右，CO浓 度一直小于24PPm，符合防灭火效果的变化趋势。 说明914工作面通过多项防灭火措施并举，达到了 预期的防火效果。 914综放工作面防灭火技术实践，有效解决长 期停产的综放工作面的防灭火问题。 1）综放工作面尤其是停产超过自然发火期综 放工作面综合防灭火系统必须符合矿井防灭火技 术规范，保证各项综合防灭火系统能正常使用。 2）各项防灭火技术都有自身的优势和不足，在 选择防灭火措施中建议选择多项措施并用，扬长补 短，以求实效。 3）放顶煤采空区冒落高度大，浮煤位置高，发 生氧化后处理难度大，防灭火采用注三相泡沫、注 浆、注氮等相结合的综合技术，效果更显著。 参考文献 ［1］ 于水军,余明高,谢峰承,等.无机发泡胶凝材料防治高冒 区托顶煤自燃火灾［J］.中国矿业大学学报,2010,392 173-177. ［2］ 秦波涛.防治煤炭自燃的三相泡沫理论与技术研究 ［D］.徐州中国矿业大学，2005. ［3］ 张东坡.易自燃特厚煤层综放面采空区注氮防灭火技 术研究与应用［D］.太原太原理工大学, 2010. ［4］ 骆大勇,张国枢.采空区遗煤自然发火影响因素分析 ［J］.煤炭技术,2010,1183-8490. ［5］ 汪东.回采工作面配风量对采空区漏风及自燃影响 分析［J］.煤炭科学技术,2016,441296-101. ［6］ 张睿卿.U型通风工作面采空区漏风影响因素研究 ［D］.淮南安徽理工大学,2017. ［7］ 梁云涛,罗海珠.中国煤矿火灾防治技术现状与趋势 ［J］.煤炭学报，2008，332126-130． 作者简介王利新1985- ，男，河北保定人，本科学历，工 程师，通风副总工程师。 收稿日期2019-12-20编 辑彭呈喜 图1工作面液压支架工作阻力 通过处理数据， 选取具有代表性的工作面第 50、100号液压支架在工作面推进0～200m的范围 内受力情况进行绘图。 根据矿压观测资料及液压支 架工作阻力分析， 回采时直接顶初次垮落步距为 10～15m，老顶初次来压步距为10m，周期来压步 距为8m，在工作面回采过程中顶板能够自行垮落。 在工作面来压期间，第50、100号液压支架最大 工作阻力分别达到4736kN、4802kN， 分别占额定 工作阻力的89.4、90.6，可以得到液压支架的设 计支护能力完全可以满足29103工作面的安全生产 需求，且支架支撑能力得到了较大程度的发挥。 但在工作面推进过程中遇到断层及顶煤破碎 区，由于顶板软弱，支架稳定性较差。 因此在顶煤破 碎地段，需要加强支架位态控制，防止支架过大的低 头与抬头造成端面冒顶，以保证工作面的正常推进。 1）针对亚辰煤业29103放顶煤工作面具体地质 条件，选用了ZF5300/17/32支撑掩护式液压支架支 护，共106架，并针对支架支护强度及支架工作阻力 进行了验算，均满足工作面要求。 2）工作面端头采用ZFG6000/17/32H支撑掩护 式放顶煤端头支架支护，共6架，辅助半圆木、单体 进行支护，并制定了机头机尾切顶支护的详细工艺。 3）分析了工作面来压、停采、通过破碎区时的 顶板控制技术措施。 最后通过现场50、100号支架监 测数据，得到直接顶初次垮落步距为10～15m，老 顶初次来压步距为10m，周期来压步距为8m，回采 期间液压支架工作阻力未超过额定阻力，可以保证 工作面的安全回采。 参考文献 ［1］ 金桃,张科学,秦征远,等.综放工作面端头顶板稳定 性分析及控制［J］.煤炭技术,2015,34（11）29-32. ［2］ 王方田,屠世浩,张艳伟,等.冲沟地貌下浅埋煤层开采 矿压规律及顶板控制技术［J］.采矿与安全工程学报, 2015,32（6）877-882. 作者简介张雄（1982-），男，山西洪洞人，本科学历， 2018年毕业于河北工程大学采矿工程专业。 收稿日期2020-02-10编 辑彭呈喜 （上接106页） 109