煤矿回采工作面矿压和顶板管理分析.pdf

2 0 1 6 年 2 月 第 2 9 卷第 1 期 山西煤炭管理干部学院学报 J o u r n a l o f S h a n x i C o a l - Mi n i n g Ad mi n i s t r a t o r s C o l l e g e Fe b． 。 2 01 6 V0 1 ． 2 9 No ． 1 煤电技术研究 王 自卫 大同煤矿集团综采装备安装分公司， 山西大同0 3 7 0 0 0 【 摘要】顶板事故是煤矿常见灾害之一， 严重影响地下开采煤矿安全生产， 为防治回采工作面顶板事故， 有必要 分析安全管理工作。本文简要分析煤矿回采工作面矿压危害和顶板控制常见问题 ，分析不同结构矿压和顶板管理措 施， 梁氏顶板充分分析支柱可行性， 拱桥式顶板尽量减少与顶层间隙， 保证作业空间安全， 整体垮塌式顶板增加支撑作 用， 尽量减少项板区域来压强度。并以某煤矿为例， 分析具体管理措施的实施。 【 关键词】回采工作面； 矿压； 顶板管理 【 中图分类号】T D 3 2 7 【 文献标识码】 A 【 文章编号】 1 0 0 8 8 8 8 1 2 0 1 6 0 1 0 0 0 3 0 2 在煤矿五大自然灾害中， 顶板事故比例最高， 危 害也是最大， 随着工业科学技术的发展， 液压支架的 使用大大降低顶板事故比例 ， 但是国内煤矿总体技 术装备水平不高， 部分煤矿开采方式比较原始 ， 仍然 存在较高顶板事故频率。 相关统计显示， 顶板事故死 亡比例占到 3 6 ％以上【11 。顶板控制设计与管理很多 依靠经验进行 ， 没有理论依据， 简单统计经验难以达 到管理生产效果，本文主要分析煤矿回采工作面矿 压和顶板管理措施。 1矿压危害 地下岩体在 自身重力作用下形成内部应力， 开 采煤矿中， 由于开掘巷道等原因，原有应力平衡被 破坏 ， 引起 内部应力重新分布 ， 应力充分分布后超过 煤岩基线使巷道和回采工作面发生破坏，此时巷道 和回采工作面形成与原岩应力场不同的应力，这种 由于采掘活动引起的支护物上的力为矿压。矿压显 现会对开采工作造成不同程度危害，甚至引起工作 面垮塌嘲 。回采工作面煤层硬度一般在 2 ～ 4 ， 本身比 较松软， 容易出现塑性变形， 产生煤层加厚情况， 断 面附近煤层局部呈现窄条带状分布。造成局部煤层 回采矿压显现原因较多， 工作面采高增加至 3 ～ 4 倍， 顶底板移近量显著增加 ， 引起矿压增加。 构造带顶板 破碎， 煤壁弱面发育， 发生煤壁片帮， 层理弱面发育 程度不同， 煤壁片随着采高增加而加深。 2顶板控制存在 问题分析 工作面支护是控制围岩变形的有效的措施 ， 对 于回采工作面而言， 则是控制顶板岩层， 依照顶板岩 层与煤层位置， 顶板岩层一般分为直接顶、 伪顶以及 老顶， 伪顶在煤层之上容易出现垮落的岩层 ， 多是炭 质页岩， 厚度一般不超过 0 ．3 m， 直接顶在伪顶之上， 一 般包括页岩、 砂质岩， 多数情况下撤回共组面， 直 接顶垮落。老顶在直接顶上方， 较硬， 主要成分为砂 岩、 石灰岩等等。从顶板管理角度分析， 顶板可以分 为松软顶板、 坚硬顶板、 塑性弯曲顶板等， 东软顶板 一 般用在直接顶层岩 ， 能够较好支撑上覆岩层。 老顶 岩层采用坚硬顶板，整体性岩层采用极难垮落坚硬 顶板，能够保证会采取与悬露几个平方而不出现垮 落。塑性弯曲顶板使用在较坚硬间层。 顶板管理通过支护工作面 ，处理采空 区对岩层 的破坏， 营造安全的作业空间。 顶板管理一直是煤矿 开采重点研究技术之一， 尤其是回采工作面， 煤壁片 帮， 伪底等情况都会引起总体刚度下降， 无法保证有 效工作阻力， 对顶板管理带来很多困难。 当前顶板管理存在多方面的问题，除了国有煤 矿之外， 其他煤矿在工作面支护环节中， 支护设计很 少依照计算， 往往依照经验设计 ， 支撑强度不足， 而 且巷道回采工艺落后 ，管理滞后 ，频繁出现顶板事 故。支护强度不足， 或者是临时支护出现延迟 ， 往往 会增加控顶距， 造成煤层破碎 ， 顶板压力作用时间过 长也会引起煤壁片帮 ， 导致空间面积增加。 悬顶面积 增加到一定值后， 容易出现推垮型顶板事故， 引起原 因有很多， 如支护、 初撑力不足， 回采工作面支柱数 收稿 日期 2 0 1 6 一 O 1 1 4 作者简介 王 自卫 1 9 7 7 一 ， 男 ， 山西大同人， 大同煤矿集团综采装备安装分公司工程师。 3 王 自 卫 煤矿回采工作面矿压和顶板管理分析 量较少， 支柱自身扩缩性不高等。在高应力场下， 回 采工作面出现顶板稳定性破坏， 造成巨大冲击力， 形 成冲击地压， 而且还存在断层等压力， 增加冲击地压 发生几率 ， 扩大危害。 受到矿山压力的影响， 回采工作面， 煤层顶板在 特殊地点容易出现顶板变形情况， 如在断层、 片帮、 局部冒顶等方面。 回采工作面引起冒顶原因有很多， 作业人员存在侥幸心理，没有及时支护或者是不到 位， 如支护不牢固， 支撑力较低等都会引起冒顶。在 断层等地段中， 没有采用相应的补充技术措施 ， 导致 局部冒顶。采空区支柱回撤不净， 顶板大面积裸露， 短时间内支护不当引起冒顶等。 3煤矿回采工作面矿压和顶板管理措施分析 针对煤矿在工作面不同结构顶板以及形成冒顶 常见原因， 建议从以下几方面加强管理措施。 类拱式结构顶板采用支与护同时加强措施， 保 证平衡工作空间与采空区的室温条件，保证支柱初 撑力能够平衡顶岩重。拱梁式结构顶板重视支护强 度， 确保支柱直接顶岩重， 尽量缩短直接顶与基本顶 距离， 平衡工作空间。梁式结构顶板采用自适应结 构， 顶板较硬时加强顶板处理， 减少来压强度。类拱 式顶板侧重支撑和保护，可以借助足够支护强度保 证作业安全[3 1。 整体垮塌式结构顶板， 周期性不明显， 弯曲顶板被破坏， 弱化来压强度， 将工作面方向与裂 隙方向夹角调到 1 2 度以上，保证支护强度工作空 间， 避免出现整体塌跨式结构。 回采工作面注意矿压变化。随着煤矿开采时间 的延长， 深作业环境更加复杂， 矿压监测不到位会影 响后期开采工作强度 ，因此需要采用科学方法监测 矿压变化规律， 为回采工作面设计提供参考。 在回采工作面， 会遇到局部相对厚度煤层， 在各 个岩层之间都会形成离层，在顶板压力和煤壁下沉 共同作用下， 形成不同形式垮落， 在回采中， 采用支 撑力更强的支护方法能够避免出现这些情况。局部 厚煤层回采工作中， 构造带采用两边支护， 控制方位 广 ， 更加稳定， 同时注意加强对顶板管理 ， 支撑万整 层， 挑落破碎层。 综采工作面顶板管理需要做好以下几点。合理 选择液压支架， 计算支架初撑力和工作阻力， 控制工 作面采高。 在初放时， 不采取保护措施很容易引发安 全事故， 因此需要加强初放期间技术管理， 及时监测 矿压， 科学分析。针对液压支架支护质量， 在满足技 术要求上， 保证足够的支撑力 ，限定顶板直接离层 量。 无法正常垮落情况下， 可以采用顶板倾斜深孔爆 4 破人工放顶方式。 加强设备全面剪碎工作 ， 生产过程 中， 建议采用追机拉架方式， 初撑力需要在额定阻力 的 8 0 ％以上 ， 及时调整支架本身千斤顶 ， 加强顶板 压力的分析工作[4 1。过构造期间， 有必要采取特殊措 施， 尽量控制采高， 采用快速带压擦顶移架， 减少空 顶时间。 4具体工程分析 某煤矿 9 3 煤层平均厚度为 1 ．0 6 m，距离上部 煤层 1 ．O re， 部分区域重叠， 顶板为细砂岩 ， 厚 1 ．0 m， 基本顶厚度 5 ．9 m以上为粉砂岩和细砂岩， 整体顶板 为典型复合顶板， 具体情况见表 1 。 表 1 煤矿顶板情况列表 序号 层厚度 m 顶板分类 煤岩 岩石性质 1 5 ． 9 基本顶 细砂岩 成分石英、 黏土 1 长石为主 2 O ． 3 直接顶 泥质 层状粘砂土 3 0 ． 4 直接顶 9 2 煤层 块状 ， 质量佳 4 0 ． 4 直接顶 粉砂岩 水平层理， 较硬 5 1 ． 0 直接顶 9 3 煤层 块状 ， 质量佳 6 1 ． 0 6 直接底 细砂岩 成分石英、 长石为主 开采煤矿中， 需要留住 9 3 层顶板和 9 2 煤层， 回采工作面出现多次冒顶。 回采工作面， 矿压监测见 图 1 所示。回采工作面长 2 2 0 ～ 2 8 0 m, 平均 2 4 0 m， 采 用长壁后退式采煤方法， 顶板管理采用垮落法嘲 ， 单 体液压支柱最小控顶距为 3 ．O re， 最大为 3 ．6 m， 采用 四排五柱正规支护， 上下巷数双排超前支护。 依照实 际工作情况，在初采 5 8 m出现垮落，直接顶单距 L 8 m， 不稳定顶板 ， 基本 顶在采到 3 0 4 0 m， 出现来 压， 直接顶与采高比例值计算为 1 ．5 ， 来压明显[6 1。 。 ／ ．／ 一 ，／、 图 1 回采工作面矿压监测 工作面基本顶出现来压， 随着压力的增加， 几层 直接顶逐渐破碎，随着顶板下沉量的增加， 支护不 当很容易引起局部冒顶。 回采中， 出现较多条带破碎 带， 顶板构造较多， 空顶面积增加 ， 空 下转 1 0页 成云山 复杂地质条件下的煤矿掘进支护技术应用 5结语 在煤矿的采集过程中， 经常会遇到复杂地质的煤 矿， 其存在较大的断层 ， 会影响煤矿采集的安全性。 希望通过本文的相关介绍，我国煤矿企业可以根据 实际情况， 对复杂地质环境进行分析， 继而针对性的 选择煤矿掘进支护技术，以便可以在保证巷道安全 性的基础上， 最大程度的提升煤矿的开采效率。 【 参考文献】 ⋯ 1王元华． 复杂地质条件下的煤矿采煤掘进支护技术及 其运用Ⅱ 】 _ 企业技术开发， 2 0 1 5 ， 0 1 1 5 2 8 2 9 ． 上接 4页顶区域出现冒落。两层之间层间距变 化无规律可循 ， 顶板很难留住， 而且存在煤层重叠情 况， 不及时更换支柱容易出现冒顶。工作面轿车刚， 循环次数减少， 顶板空顶时间长， 存在明显矿压， 顶 板破碎。 工作面空顶面积较大时也会引起顶板破碎。 除了以上分析原因之外， 工作面支护质量差 ， 空顶作 业等原因， 也是出现局部冒顶原因。 针对以上分析原因，顶板管理加强以下几方面 的措施。 尽量缩短工作面长度， 维护顶板稳定性。 在 落煤方式设计中， 为减少对顶板带来的震动破， 尽量 不采用炮采， 避免出现割顶， 保证顶板稳定性。基本 顶出现来压期间 ，一旦发现需要立刻增加支护强度 和密度， 尽量增大初撑力。 回采过程中发现遇到破碎 带， 立即增加支护密度， 根据实际情况可以采用超前 支护方式 ， 探测煤壁， 出现严重破碎带， 可以采用人 工假顶方式。 在回采至二层煤重叠区域时， 为保证安 全生产建议更换高支柱 。空顶时间与顶板下沉量呈 现正相关， 因此在生产中， 需要调节好支护和机组牵 引速度。 机组交接班时完整正循环， 要求机组停放在 工作面下头。 针对破碎煤层 ， 如果以上措施仍然无法 保证安全生产， 建议采用留煤柱， 设置新的回采工作 面 ， 尽量避开破碎带。矿压监测 中， 回采工作面支撑 监测，及时将信息传递到计算机，顺槽标间位移监 1 O 【 2 ]2杜启军， 赵启峰 ， 杨壮， 等． 复杂地质条件下大断面 煤巷 快速掘进研 究与实践 【 『 】 _煤炭 工程 ， 2 0 1 3 ， 0 6 0 6 7 6 7 9 ． 【 3 1 杨伟． 探析复杂地质条件下巷道快速综掘临时支护 技术卟科技与企业， 2 0 1 3 ， 0 4 2 0 2 0 8 - 2 0 9 ． 【 4 ] 赵建华， 陈亚东， 徐洪泽， 等． 滨湖煤矿复杂地质条件 下煤巷 综掘锚 网支护掘 进技 术 Ⅱ 】 ．科技 创新 导报 ， 2 0 1 0 ， 0 2 2 1 8 5 8 9 ． [ 5 】 王慕良． 浅析不稳定矿岩掘进支护技术的应用卟技术 与市场 。 2 0 1 4 。 1 1 1 3 6 4 - 6 5 ． f 6 1 何杰， 王中奎， 李光营． 复杂地质条件下大断面切眼 支护技术【 『 】 ． 煤矿开采， 2 0 1 2 ， 0 4 0 5 6 0 - 6 2 ． 测 ， 每日监测一次， 观测回采工作面推进 7 0 m为主。 支架工作注意支撑强度，工作面直接顶跨落后引起 冒顶 ， 在操作中， 尽可能提高液压支架初撑力， 发挥 支撑效果， 满足工作面作业顶板要求。 5总结 总之， 煤矿回采工作面矿山压力影响因素较多， 顶板管理中需要注意加强采面支护管理 ，注意发生 冒顶事故的采面地点， 及时修改， 有效控制和预防冒 顶事故。 本文所介绍管理措施为常见处理办法， 在应 用 中还需要根据煤矿实际情况合理选择 和改进 ， 保 证安全生产。 【 参考文献 】 【 1 ]肖兴喜． 煤矿回采工作面矿压与顶板管理分析卟 内蒙 古煤炭经济， 2 0 1 4 ， 5 1 2 0 1 2 0 ． [ 2 】 邸向进． 浅谈煤矿回采工作面矿压与顶板管理卟 中国 科技纵横， 2 0 1 2 ， 2 2 1 7 6 1 7 6 ． [ 3 】 杨堂军． 煤矿回采工作面矿压与顶板管理探析Ⅱ ] ． 科技 创新与应用 ， 2 0 1 5 ， 2 6 1 5 2 1 5 2 ． 【 4 】于壮龙． 煤矿 回采工作面矿压与项板管理方式分析 Ⅱ ] ． 中小企业管理与科技 旬- t 1 ， 2 0 1 4 ， 1 0 1 3 1 1 3 2 ． [ 5 】 朱明宝． 大饭铺煤矿 5 煤首采综采工作面矿压规律 分析卟煤炭工程， 2 0 1 3 ， s 1 5 2 5 4 ．