煤矿大采高综采工作面片帮冒顶控制技术研究.pdf

167 科学管理 2020年第6期 科技发展与煤矿开采技术有着密切的关系，随着 机械化技术的应用，工作面回采的效率也逐渐提高， 为避免工作面片帮冒顶现象的出现，需要优化其顶板 支护技术。由于所采煤层的井下条件比较特殊，顶板 承受压力比较大，且结构相对复杂，顶板在支护时极 易发生冒顶危害，开采时，要想控制片帮冒顶现象， 就需要优化顶板支护，做好机械化挖掘的控制工作， 避免其在挖掘使破坏顶板，导致片面冒顶问题出现， 而对片帮冒顶控制技术的优化对于煤矿安全作业有着 积极的作用。 1 工程概况 赵 庄 煤 业 所 采 煤 层 为 3 煤 ， 5 3 1 5 大 采 高 综 采 工 作 面 位 于 一 水 平 五 盘 区 。 煤 层 底 板 标 高 689.43760.96m，地面标高9521132m，工作面支护形 式为采用掩护式液压支架。煤层为4.605.00m，平均 厚度为4.79m。工作面煤层稳定，结构简单，厚度无明 显变化。煤层倾角08，平均倾角为3。工作面 煤为无烟煤，其煤质均一，中等可选，为易洗选煤。 顶板岩性是中粒砂岩、粉砂岩、泥岩和砂质泥岩，地 板岩性是泥岩、砂质泥岩、细粒砂岩、灰岩和泥岩。 影响5315工作面回采的断层15条，陷落柱2个，钻探异 常区5个。工作面在回采时，受地质构造影响，顶板破 碎，煤壁易片帮，从而引发冒顶灾害。 2 大采高工作面煤壁片帮影响因素 赵庄煤业采用走向长壁一次采全高后退式自然垮 落综合机械化采煤法进行回采作业，根据分析发现， 回采区煤层越高，片帮发生率就越大，深度也比较 大。而导致煤壁片帮现象出现的影响因素可以分为以 下几点 （1）煤层。煤层片帮现象出现与煤体强度和地质 构造等情况相关，该工作面回采的断层基本为正断层 断层15条，陷落柱2个，钻探异常区5个，槽波异常区6 个，地质构造复杂，受其影响可能发育隐伏性断层裂 隙导致煤层产状急剧变化、工作面淋水增大，回采期 间煤层顶板及煤壁压力大，裂隙发育处顶板易破碎、 塌顶，煤质软硬发育不均，容易片帮[1]。 （2）采高。采高增加，使得煤层顶板在岩石应力 作用下其顶板承压空间缩小，在弯曲应力作用下，顶 板以及煤层之间的裂隙扩大，大大增加了片帮冒顶的 发生率，这是片帮现象出现的主要原因之一。 （3）埋深。煤层埋深程度也影响了片帮现象， 通常来讲，煤层埋深增大，煤层承压力就会上升，塑 性区也就会扩大，进而导致片帮风险上升，赵庄煤 业5315大采高综采工作面煤层埋深比较大，底板标高 689.43760.96m，地面标高9521132m，进而加大了片 帮现象发生的机率。 （4）支撑力。该工作面采取的支护形式主要是掩 护式液压支架，根据计算得到，该工作面的支护强度 在0.94MPa，该支架的额定工作阻力为9642.6kN，只要 满足强度即可。但是由于煤层开采之后，原有的岩石 失去应力平衡，覆岩应力使得顶板出现变形，弯曲下 沉，支撑应力也会随之增加，工作面在回采时，煤体 前方会出现弹性区一级塑性区，尤其是塑性区，煤体 的承载力迅速降低，出现位移现象，也就产生片帮现 象[2]。 （5）工作面推进速度。对于煤炭前方出现的塑 性区，可以通过提高工作面的推进速度，将该区域缩 小，进而使片帮发生机率下降。 （6）周期来压。工作面回采时，其在不断推进的 过程中，液压支架也会随之推进，进而导致基本顶出 现了周期性的断裂下沉现象，这时塑性区也会在剪切 力作用下出现位移变形，导致煤壁片帮冒顶现象发生 [3]。同时通过对比回采作业和片帮深度可以发现，周期 来压属于片帮现象发生的主要原因之一。 3 大采高综采工作面片帮冒顶控制技术 （1）工作面顶板支护优化。支护状态与顶板控制 息息相关，良好的支护能够使顶板控制水平提高，进 而降低冒顶现象发生率。对于顶板破坏的支护强度处 于100150kN/m2，若是小于该强度值，顶板破坏会上 升，若是大于该强度值，顶板破坏就会下降，控制好 支护强度范围，就能够控制好顶板破坏性，进而减少 片帮冒顶现象发生几率。赵庄煤业在工作面采用液压 支架进行支护顶板，两顺槽的支护采用单体柱进行支 护，根据工作面顶、底板岩性及煤层厚度、采高等条 件，选用金鼎煤机公司生产的两柱掩护式液压支架及 其相配套的端头液压支架和过渡液压支架[4]。此外， 为优化顶板支护，井下开采一般采用多通道支护、回 撤工艺的同时对采空区的顶板进行预裂爆破，同时利 用专门的金属支护网高强度特征对顶板进行强化，使 其能够增强岩壁支撑力，承载住机械化掘进作业的强 度，避免出现变形。 （2）片帮冒顶控制。根据工作面井下作业实际条 件提出一些控制措施①收护帮板。在机组割煤过程 煤矿大采高综采工作面片帮冒顶控制技术研究 李军 晋煤集团赵庄煤业有限责任公司采掘六队 山西 晋城 048000 摘要对于煤矿开采作业而言，大采高综采工作面的回采率和效率都很高，而对于矿井地质构造复杂，顶板压力比较 大，在回采时极易出现冒顶威胁，进而对回采工作产生严重的影响。基于此，本文就大采高综采工作面展开研究，根据实 际工程对其中的片帮冒顶问题采取控制措施，使顶板支护能够得以优化，进而减少漏顶事故的发生，确保工作面实现安全 生产，提高其回采率，为高产高效目标的实现提供保障。 关键词煤矿作业 大采高综采工作面 片帮冒顶控制技术 （下转第87页） 87 技术研究 2020年第6期 现淡绿色，但在冲击式投加完成，余氯值降低后，水 体恢复为黄色。故在试验室进行相关模拟实验。 实验材料实验用水为现场采集，10次氯酸钠溶 液。 取若干现场水样放置1L烧杯中，加入10次氯酸钠 溶液，使各水样中的余氯值分别达到0.2mg/L、0.5mg/ L、1.0mg/L、2.0mg/L、3.0mg/L，测定水样色度变化及 异养菌含量（见表3）。 表3 色度及异养菌含量 余氯值/（mgL-1）异养菌含量/（个ml-1）色度/度 0.22.510642 0.52.010640 1.01.510432 2.02.010321 3.01.010212 由实验结果可知，随着水中余氯值的增大，异养 菌含量变少，水样的色度在变小。由此得出，水质色 度变大由水中异养菌增多引起。 2.3 解决方案 由于物料泄漏，造成循环水中有机物含量增多， CODcr增大，异养菌繁殖，水质颜色发生变化。找到原 因后，及时将泄漏换热器切出系统，继续对循环水系 统进行氧化性杀菌剂冲击式投加，同时适当对循环水 进行水质置换，待循环水水质指标恢复正常后，转入 正常运行。 3 结论与探讨 循环水色度的升高，是由于水中异养菌繁殖造 成，异养菌的大量繁殖，会使循环水中生物黏泥含量 增大，堵塞装置换热器管束，并带来垢下腐蚀，会对 生产造成严重影响。 由于色度并不在循环水水质日常监测指标中，其 数值变化并不会呈现在日常数据报表中，对于循环水 管理人员来说往往很难察觉到水质色度的变化；而对 于日常接触循环水现场的操作人员来说，水质色度的 变化，要引起足够的重视。 色度的变化，往往是水质发生变化，系统出现异 常的先兆。只有及时发现，及时解决，才能保证各生 产装置平稳运行。 参考文献 [1] 中华人民共和国国家标准 生活饮用水卫生标准 . GB 5749-2006[S]. 北京 中国标准出版社， 2007. [2] 中华人民共和国国家标准 城市污水再生利用 工业 用水水质 . GB/T 19923-2005[S]. 北京 中国标准出版社， 2006. [3] 齐冬子 . 敞开式循环冷却水系统的化学处理 [M]. 第 二版 北京 化学工业出版社， 2005. [4] 周本省 . 工业水处理技术 [M]. 第二版 北京 化学工 业出版社， 2002. [5] 中华人民共和国国家标准 工业循环冷却水处理设 计规范 . GB 50050-2007[S]. 北京 中国计划出版社， 2008. [6] 吴琼林 . 醇、 羧酸及其盐与氯化铁的显色和褪色反 应 [J]. 化学教学， 2008， 9 75-76. 作者简介 孙肖 （1986- ） ， 男， 工程师， 硕士， 主要从事工业循环冷 却水处理技术服务。 中，由支架工负责在机组的前滚筒支架处收护帮板， 操作人员根据机组推进的方向提前收好护帮板。并根 据煤体情况控制好护帮板的回收角度，使机组滚筒可 以自由出入，并尽量通过护帮板将煤帮护住，避免出 现片帮现象。此外，在收护帮板的时候，工作人员的 操作动作要保证在架内行人道中进行，避免成组来操 作作业，同时在操作时确保支架及其两边的相邻架间 和架前没有其他人员的存在，这样才能够保证操作安 全、顺利[5]。②拉架。支架工负责拉架工作，在机组 滚筒后进行作业，若是顶板出现压力大或是发生冒顶 危险，及时追机拉架，避免顶板出现冒落现象。在进 行移架的时候，需要确保移动到位，与梁端的距离 不可超过607mm，并根据实际情况对支架形状进行调 整。工作面液压支架需要两侧需要设置微表，对其撑 力进行观测，确保其不可低于80的泵站压力（初撑 力不低于25.2MPa）。③科学选择支架。根据支架额 定强度、阻力、矿井地质条件对支架参数、型号进行 确定，尽量满足矿井地质条件就液压支架所提出的要 求，并提前做好应对，降低损失。 4 结束语 新形势下，要想控制好大采高综采工作面的片面 冒顶问题，就需要加大顶板支护的优化研究，通过提 高其支护强度，进而降低顶板的破坏性，提高岩壁支 撑力。根据本文的研究发现，造成片帮问题发生的 原因包括煤层、采高、埋深、支撑力、工作面推进速 度、周期来压等因素，而针对该问题提出了工作面顶 板支护优化、片帮冒顶控制等措施，使片帮冒顶现象 能够得到有效控制，为开采工作安全提供保证，同时 也能够使回采效率和质量提升。 参考文献 [1] 李刚 . 大采高综采面煤壁片帮及控制技术研究 [J]. 内蒙古煤炭经济， 2019（4） 51-53. [2] 杨晓强， 刘建林 . 小纪汗煤矿大采高综采工作面裂 隙发育煤壁稳定性及片帮控制技术研究 [J]. 煤炭科技， 2018 （4） 18-20. [3] 张凌云 . 大采高综采工作面片帮机理及控制技术研 究 [J]. 煤炭工程， 2018（9） 88-90. [4] 牛海平， 段军 . 大采高综采工作面片帮机理及控制 技术 [J]. 山东工业技术， 2018（5） 89. [5] 秦江艳， 刘耀明， 等 . 大海则煤矿超大采高工作面片 帮治理技术研究 [J]. 矿山工程， 2018（2） .45-52. （上接第167页）