采煤工作面初次放顶的技术与管理.pdf

第 2 2 卷第2 期 V．o 1 ． 2 2 No ． 2 辽宁工程技术大学学报 J o u r n a l o f L i a o n i n T e c h n i c a l Un i v e r s i 2 0 0 3年 2月 AP r ． 2 o 0 3 文章缩号f 1 0 0 8 - 0 5 6 2 2 0 0 3 0 2 - 0 1 6 4 - 0 4 采煤工作面初次放顶的技术与管理 揣文峰 ，王绪光 鹤 岗矿务局 兴山矿，黑龙江 鹤岗 1 5 4 1 0 5 摘 要 在采煤工作面初次放顶期间，通过对各类顶板矿压活动规律的观测，确定初次放顶的各项参数及计算方法。以指导初次放 顶工作 。采用统计学的方法进行了矿压分析和总结，根据初次放顶顶板情况进行了合理分类．并对矿压观溉站的建立、矿压观溉和压 力显现情况提出了指导性的管理措旅。对初次放顶的管理工作提出了具体的技术管理措麓，并取得了明显的效果． 关键词初次放顶矿压观测；支护措旌 中圈号T B 8 2 文献标识码A T e c h n o l o g y a n d c o n t r o l o f f i r s t r o o f c a v i n g i n c o a l wo r k i n g f a c e CHUAI W le n - f e n g ， W ANG Xi u - g n a n g He g a n g M| n i n g B u r e a u, He g a n g He fl o n g j i a n g 1 5 4 1 0 5 ， C h i n a Ab s t r a c t Du r i n g t h e i n i t i a l r o o f c a v i n g i n t h e wo r k i n g f a c e ， t h r o u g h the o b s e rva t i o n o f s t r a t a mo v ing r c g ulm t y o f the d i f f e r e n t r o o f ． W_e d e t e r mi n e d e a c h s e c t i o n p a r a me t e r c a l c u l a t i n g wa y o f t h e fi r s t r o o f c a v ing t o g u i d e t h e f i r s t r o o f c a v i n g wo r k ． We als o inu - o d u c c d s t a ti s ti c al wa y t o a n aly z e the r a ta in the i n i ti al r o o f c a v i n g an d c a r d e d o u t r e a s o n a b l e c l a s s i fic a ti o n 髓p u t f o r wa r d c o n t r o l mc a s u l s f o r the e s t a b l i s h me n t o f s t r a ta o b s e r v a ti o n s t a ti o n W_eals op r o p o s e d s p e c i fict e c h n i c al mc t s u r c sf o rthei n i t i a l r o o f c a v ing ． Ob v i o u s r e s ult swe r eo b tai n e d ． Ke ywo r d s f h s t r o o f c a v ing s t r a ta o b s e r v a ti o n ； s u p p o r t i n gme a s u r e 0 引 言 顶板管理是采煤 回采 工艺 中一项非常重要 的 工序，它不仅关系到采煤工作面的安全，也关系 到矿井生产和经济效益 。采煤工 作面 的初 次放顶 是顶板管理的一项重要内容。从 1 9 9 1年到 2 0 0 0 年 9年间，我矿在1 0 0水平前二石 门及零水平五 石门区间，共进行 l 6次初次放顶，其中，原生顶 板采面初次放顶 8次，网下采面初次放顶 8次， 见表 1 。 根据 顶板类别不 同，一般初次放顶分为二类 一 类采面推进到一定距离后顶板能 自行 冒落 ，且 冒落高度能达到采高 1 ． 5 2倍 ，如 1 3 、1 5层及其 下分层。另一类采面推进到一定距离，顶板不能 自行冒落或直接顶冒落高度达不到要求，须强制 放顶 。 1 直接顶能够充分垮落的初次放顶 能充分垮落 的直接顶， 一般为节理发育，整 体 收稿 日期2 O O 2 - O 5 ． 1 7 作着筒介掐文峰 1 9 6 8 0，男，吉林 榆树人 ，工程师．本文缩授；孙树江 性差 。直接顶的垮落步距小于 1 0 n l ，在老顶开始 断裂下沉之前 即老顶初次垮落前 其下部松软的直 接顶，尤其是 1 3 、1 5 层上部的劣质煤易发生离层、 破碎、冒落。为防止采面支架被推垮。在技术管 理上狠抓以下几项工作 ① 支架应 有足 够 的初撑 力泵站 压力 调 到 1 5 MP a ；使支柱达到 7 0k N的初撑力 ②为防止工作面上下顺槽、切眼及采面 冒顶， 从掘送巷道到初次放顶期间，必须加强支护； ③采面 初次放顶前 ，应完成采煤 机组的安装 及切割一刀煤壁的任务，并减少因放震动炮对顶 板产生松动破坏作用。 2 顶板不能充分垮落须强制初次放顶 直接顶 厚度薄 ，老顶岩石坚硬 、致 密 、整体 性强 ，老顶初次垮落步距大于 1 0 n l ，顶板压力及 下沉量均较大 ，矿 压显现 明显 ，此时采 面易发生 维普资讯 第 2 期 揣文峰等采煤工作面初次放顶的技术与管理 1 6 5 压垮型 冒顶事故。 2 ． 1 设矿压观测站 须强制放项 的项板 ， 开始布置矿压观测设备 隔 1 5 m 布置一条测线 。对测线第一排和最后一排 支柱 的初撑力和工作 阻力进行 观测。如零水平五 石 门前组 l 8 层一区一分层观测统计数据 ，见表 2 ， 我矿 一般在第五个循环 表 3 ，表 4 。 沿工作面倾斜方 向，每 表 1 1 9 9 1 年～ 2 0 0 0年初次放顶工作面一览表 Ta b． 1 1 9 9 1 2 0 o Ofi r s t r o o f e ,J t v i n 2o f t h ewo r k h m f a c ec a l e n d a r 注①②③④表示厚煤层分层开采的分层数。 表 2 顶板动态参数统计 I Ia b ． 2 th e r o o f s o r t p a r a me t e rd i st a l c a l e n d a r 注 第 5 一 盯 循环统计数据。 表 3 支柱初撑力分布 T a b ． 3 S u p p o rt fir s t s u p po r t i n g d i n t d i s t r i b u t i o n c a l e n d a r 表 4 支柱工作阻力分布 Ta b ． 4 S u p po rt r e s i s t a n c e d i s t r i b u ti o n c a l e n d a r 维普资讯 l 6 6 辽宁工程技术大学学报 第2 2 卷 2 ． 2 人工强制初次放顶 对不易垮落 的顶板 ，应进行 人工强制放顶 。 人工强制放顶应解决好放顶步距 、放顶高度及放 顶方法。 1 确定初次放顶步距 工作面开采后 ，因项板坚硬 冒落 不充分形成 大面积的悬顶 ，对采面构成极不安全因素 ，必须 进行人工初次放项 。实践认为 采面 自切眼推进 后 ，顶板形成一个均布载荷的简支梁，采面煤壁 和切眼煤壁构成两个支点 。当顶梁跨度增加 ，梁 上载荷超过梁 的抗弯极限时 ，梁被压断，即形成 顶板初次来压。根据均布载荷简支梁公式 跨度Lt -1 ．,／ 2 R， q 下沉量Mq l 2 1 1 2 式中 一 梁的跨度，m；月__顶板厚度 ，m；q 一 梁上所受垂直载荷密度 ，k g ／ c m2 ； 一 岩体抗拉强 度,k g ／ e m2 ；M梁上最大下沉量，mm。 由上式可知，当下层项板下沉量大于或等于 上层顶板下沉量时，则认为上 、下层项板互不影 响 当下层项板下沉量小于上层顶板下沉量 时，则 上层顶板重量将作用于下层顶板上。通 过矿压观 测认为坚硬顶板初 次来压步距在 2 9 ． 8 ～ 3 2 ． 5 m； 采面除保持正常挑项外 ，推进到 2 0 m 时，加强人 工挑顶力度，进行 强制 放项，顶板可处于稳定的 卸压状态 。 2 放项高度 强制放项就是用爆破方法将顶板切断，使其 冒落形成垫层 ，以减弱顶板压力和顶板 冒落时对 工作面产生的冲击载荷 。实践证明，采 空区矸石 的充填厚度达到采高和放顶高度之和的 2 ／ 3即可。 挑顶高度 日可按下式计算 H 2 MI 3 K e - 2 式中肘__采高，m； l广 直 接 顶 岩 石 冒 落 碎 胀 系 数 ， 软 岩 K e 1 ． 4 2 ；中硬岩 1 ． 3 1 ；较硬岩石 K p 1 ． 2 2 。 如将采高 2 ． 0 m，g p 1 ． 2 2代入式中，得 2 2 ／ 3 1 ． 2 2 ． 2 2 ． 4 1 m，即打眼深度为 2 ． 4 1 m。 由于最初 放顶时，采用小 间距 、密打 眼的炮 眼布置 ，挑项眼打 2 ． 0 m深即可达到预期 目的。 2 ． 3初次来压前矿压观测及压力显现 支承压力开始升高，上、下顺槽距煤壁不同点的 顶板下沉速 度按③②①顺 序逐渐 增大。来压时支 承压力 曲线达到高峰 。项 板垮落 时 ，老项在煤壁 前方裂断，顺槽测点下沉速度按③②①顺序减少 ， 压力降低 。顶板断裂 后支承压力 曲线变 得平缓， 上、下顺槽 项板下沉速 度又按③②① 顺序升高 。 上、下顺槽 2 0m 范围内，巷道两帮侧压增大，支 架断梁折柱增多、片帮加剧 、断面 缩小等矿压显 现逐渐加剧 。 从靠 煤壁一侧的初排测 点和靠采 空区一侧 的 末排 测点矿 压观测看，通 常末排测 点的下沉速 度 和支承 压力大于初排 测点。当顶板折 断的瞬间 ， 支承压力高峰 向采面煤壁移动 ，出现应力反弹现 象，即初排 测点的下沉量 大于末排测点，有时末 排测点不但 没有下沉，反而上升 ，支柱呈卸压状 态 ，这预示着 项板即将 来压 。当末排测点的顶板 下沉速度再次出现大于初排测点时，说明顶板矿 压恢复正常状态，煤壁 压酥 、片帮、支柱阻力增 大、支柱钻底 、项板 出现平行煤壁的裂纹、抽顶 、 台阶下沉 ，矿压显现逐渐明显，常伴有淋水。 开采坚硬项板煤层时，如 l 2 、l 8层项板断裂 前采 空区悬 顶多达上千平方米不 冒落 ，最大悬顶 面积为 1 0 0 mx 3 2 ． 5 m 3 2 5 0 m2 。当老项断裂时，由 于支承压力的作用 ，冒落 的岩石形状较规则 、块 状整齐 、块度较大 、断裂 口大部分平行煤壁。 实践证 明，利用矿压观测数据 ，从项板动态 曲线图上可分析出各 种老顶的活动规律 ，较准确 地 找出岩梁 断裂位 置。细心观察掌握顶板来压前 后的矿 压显现特点 ，对项板初次来压 的预测 、预 报 是可靠 的。我矿 成功地 对各类顶板初 次来压进 行 了预报 ，见表 5 。 表 5 直接顶及老顶垮落步距 卫| b 6 ．珊衄暖d i № 舶叼 _ f a n d 0 - d aI v 畔w 初次放顶时的顶板控制 采面 从切 眼开始 向前推进 ，顶板 的悬露 面积 3 1对直接顶的控制措施 逐渐扩 大，并慢慢地弯 曲下沉 ，作用在煤壁 上的 初次放顶时，对采面直接顶必须 “ 限定变形 ” ， 维普资讯 第2 期 揣文峰等采煤工作面初次放顶的技术与管理 1 6 7 即保证直接顶 与老顶不 出现较大 的离层 ，顶板完 整 ，不 产生台阶下沉 、破碎 、漏 冒、伤人 ，防止 老顶来压 时对 直接顶产 生冲击造成切顶垮面 。为 达上述 目的，采面从切眼推进开始，应抓好 “ 两 个质量、三个环节 ” 即支柱维修和支柱支设的质 量；泵站压力不低于 1 5 Mp a、底板松软时支柱要 穿鞋 、每班对初排支柱要进行二次注液三个环节。 只有保证支柱 的有效支承 能力，直接顶 受支架 阻 粉 、鞋、刹顶等辅助性支护物体 的缩量 和顶板允 许弯 曲值 以内，顶板才不发生破碎 冒落 。 3 ． 2对老顶的控制措施 随着 采 面推 进， 老顶 达到 极 限跨度 时产 生挠 曲、下沉 ，直接顶也 随之下沉 。根据这一动态 对老顶来压进行 了预测 、预报 ；在保证基本柱齐 全 、具备有效地支承 能力 的同时，应打好戗 柱和 力的限定，下沉量被控制在支柱缩量 包括压缩煤 软帮密集柱，加强采面的支护强度，让支架在项 表 6 切眼支护方式 T a b ． 6 c o a l l a n e s u p p o r t i n g me t h o d 支护方式 全矿在用工作面长度， m 支护费用， 万元 支护效果 费用比较， 万元 “ 给定变 形 ”状态 下发挥作用 ，防止 大面 积推垮 工作面的事故发生，保证采面 安全渡过老 顶初 次 垮落阶段 。 4开切眼的技术管理 4 ． 1开切眼的顶板管理 对 切眼支护我矿 由原来 的木板梁 、木柱 鸭嘴 棚改为梯形木棚，加打中心顶子支护，支 护的强 度规格均有所加强，见表 6 。 4 ． 2开切 眼的支护方式 1 锚 网支护 切眼开掘在 中厚 、厚及复合顶板煤层 中，广 泛采用锚网支 护。锚杆采用 楔式木锚杆，网用塑 料编织网或金属网，用 木托 板锁牢，使顶 板 由被 动支护变为主动支护，以减少顶板下沉量 。 2 木梁与单体液压支柱联合支护 在各种 顶板下，切眼推广使用单体柱 与圆木 联合支护 ，圆木直径为 1 4 ～ 1 6 c m，单体柱为 D 一2 2 ， 1 0 0 ，可减少坑木消耗 。 上述两种支护经济技术 比较见表 7 。 通过比较，全矿每送一次切眼可节约 3 ． 6 8 5万 元，平均每个 工作面每年 需搬四次家，故全年可 节约支护费用 为 3 ． 6 8 5 4 1 4 ． 7 4万元，企业 已获 得非常可观 的经济效益。 总之 ，对采面设置矿压观测站 ，细致观察矿 压 显现现象 ，摸清 顶板活动规律，提供可靠 的矿 压 预测 、预报 ；对采面及 切眼支护采取行之有效 措施 ，便可确 保顶板初 次放 项安全，为矿 井获得 可观地经济效益创造条件 。 参考文献 【 1 】钱鸣高．刘听成． 矿山压力及控制【 M】 ． 北京煤炭工业出版社， 1 9 8 9 7 维普资讯