三軟地層回采工作面端頭支護(hù)及工作面狀態(tài)研究

袁文杰 張金常

山東能源龍口礦業(yè)集團(tuán)北皂礦，山東龍口265700

摘要 本文介紹了北皂礦三軟地層條件下回采工作面端頭支護(hù)型式和支護(hù)效果，工作面狀態(tài)控制及出現(xiàn)異常情況的措施。

關(guān)鍵詞 三軟地層；端頭支護(hù)；工作面狀態(tài)

中圖分類號(hào)TD3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2012）61-0024-02

1概述

北皂井田含煤地層屬下第三系全隱覆式煤田，上覆巖層為上第三系和第四系，與含煤地層呈不整合接觸；煤田含煤四層，煤2、煤4、煤1與油頁(yè)巖為主采煤層，煤層傾角一般5~10，煤2平均厚度4.3m，煤4平均8.12m，煤1平均厚度0.87m與下部伴生油2平均厚度3.76m混合開(kāi)采，主要用于煉油；煤層頂、底板主要由泥巖、含油泥巖、砂巖、炭質(zhì)頁(yè)巖、含油泥巖組成，煤層的單向抗壓強(qiáng)度5MPa~17MPa，普氏硬度系數(shù)f<1.5，頂、底板巖層抗壓強(qiáng)度2.29MPa~8.0MPa，普氏硬度系數(shù)f=0.3-1.2，具有硬度小，遇水軟化、膨脹的特點(diǎn)，屬典型的“三軟”地層。

目前礦陸地煤2、煤4開(kāi)采已近結(jié)束，主要進(jìn)行海域煤2和煤1油頁(yè)巖的開(kāi)采，受頂?shù)装鍡l件的影響，工作面回采過(guò)程中端頭支護(hù)和工作面狀態(tài)的控制一直是生產(chǎn)技術(shù)管理的難點(diǎn)，回采過(guò)程中常出現(xiàn)端頭底鼓、兩幫內(nèi)收、頂板下沉巷道嚴(yán)重變形的情況，不能滿足基本的設(shè)備運(yùn)行和作業(yè)空間。

該文根據(jù)各煤層回采的特點(diǎn)對(duì)端頭支護(hù)型式和支護(hù)效果進(jìn)行分析，并對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中端頭支護(hù)及工作面狀態(tài)的控制存在的問(wèn)題提出解決方案。

2 端頭支護(hù)型式研究

北皂井田全區(qū)內(nèi)巖層為不穩(wěn)定巖層，煤層上方直接頂與老頂之間無(wú)明顯的界限，回采巷道支護(hù)的考驗(yàn)主要來(lái)自工作面采動(dòng)壓力影響，端頭支護(hù)的選擇包含，巷道支護(hù)、超前支護(hù)和回采工作面端頭支護(hù)。

2.1 煤2回采工作面端頭支護(hù)

以2416工作面為例：

1）巷道支護(hù)

兩巷均沿煤2頂板送巷，材料巷采用錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù)，運(yùn)輸巷采用U25型鋼棚噴漿支護(hù)，回采前礦壓設(shè)點(diǎn)觀測(cè)，材料巷頂?shù)装逡平?00mm~460mm，運(yùn)輸巷為80mm~420mm。

2）超前支護(hù)

超前支護(hù)長(zhǎng)度的確定是端頭支護(hù)效果的直接體現(xiàn)，長(zhǎng)度過(guò)短巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞，長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)造成投入過(guò)大；根據(jù)煤2回采的頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律，超前支護(hù)長(zhǎng)度一般為工作面面長(zhǎng)的0.6~0.8倍，運(yùn)輸巷超前支護(hù)長(zhǎng)度大于材料巷，采用單體柱、Π鋼、鐵鞋支護(hù)，木垛剎頂。

3）端頭支護(hù)

材料巷采用四對(duì)長(zhǎng)Π鋼配合單體柱跨步支護(hù)。運(yùn)輸巷采用 ZT7200/18/30端頭支架組配合單體支柱、Π鋼支護(hù)。

4）支護(hù)效果

巷道支護(hù)基本滿足回采需求，但在受斷層等地質(zhì)構(gòu)造影響段，變形較快，需進(jìn)行二次返修。

超前支護(hù)在回采過(guò)程中，變形主要表現(xiàn)為底鼓、巷道兩底角內(nèi)收，單體支柱有鉆底及彎折現(xiàn)象；補(bǔ)充支護(hù)為局部鋪設(shè)木底梁、補(bǔ)打護(hù)幫錨桿。

端頭支護(hù)基本滿足生產(chǎn)需要，主要問(wèn)題表現(xiàn)在材料巷側(cè)工作量較大，運(yùn)輸巷側(cè)常出現(xiàn)支架鉆底現(xiàn)象。

2.2 煤4回采工作面端頭支護(hù)

以4401工作面為例：

1）巷道支護(hù)

兩巷均沿煤4底板上2m送巷，材料巷采用錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù)，運(yùn)輸巷采用錨網(wǎng)噴套支U29型鋼棚聯(lián)合支護(hù)，回采前礦壓設(shè)點(diǎn)觀測(cè)，材料巷頂?shù)装逡平?0mm~240mm，運(yùn)輸巷為120mm~480mm。

2）超前支護(hù)

超前支護(hù)長(zhǎng)度一般為工作面面長(zhǎng)的0.8~1.2倍，運(yùn)輸巷超前支護(hù)長(zhǎng)度大于材料巷，采用單體柱、Π鋼、鐵鞋支護(hù)，木垛剎頂。

3）端頭支護(hù)

材料巷采用四對(duì)長(zhǎng)Π鋼配合單體柱跨步支護(hù)。運(yùn)輸巷采用 ZFH19200/19/30型端頭支架組配合單體支柱、Π鋼支護(hù)。

4）支護(hù)效果

巷道支護(hù)相對(duì)穩(wěn)定，但在受斷層等地質(zhì)構(gòu)造影響段，錨桿支護(hù)效果不明顯，需套支U型鋼棚加強(qiáng)支護(hù)。

超前支護(hù)段變形主要表現(xiàn)為底鼓、頂板下沉；補(bǔ)充支護(hù)為在超前工作面30m~40m段返鋪木底梁、加大單體柱支護(hù)密度。

材料巷端頭支護(hù)基本滿足生產(chǎn)需要，運(yùn)輸巷側(cè)受支護(hù)空間影響端頭支架常出現(xiàn)立柱下縮較快、擠架咬架等問(wèn)題，過(guò)程中采取在端頭架前二次返修，釋放壓力，采用單體柱、Π鋼配合錨桿簡(jiǎn)易過(guò)渡支護(hù)，推進(jìn)速度相對(duì)較慢，是制約生產(chǎn)的主要因素。

2.3油頁(yè)巖回采工作面端頭支護(hù)

以1301工作面為例：

1）巷道支護(hù)

兩巷均沿煤1頂板送巷，材料巷工字鋼棚噴支護(hù)，運(yùn)輸巷采用錨噴梯形斷面支護(hù)，回采前礦壓設(shè)點(diǎn)觀測(cè)，材料巷頂?shù)装逡平?0mm~110mm，運(yùn)輸巷為40mm~170mm。

2）超前支護(hù)

超前支護(hù)長(zhǎng)度一般為工作面面長(zhǎng)的0.3~0.6倍，采用單體柱、Π鋼、鐵鞋支護(hù)，木垛剎頂。

3）端頭支護(hù)

材料巷采用自制簡(jiǎn)易端頭支架配合單體柱、Π鋼支護(hù)。運(yùn)輸巷采用ZFH19200/19/30型端頭支架組配合單體支柱、Π鋼支護(hù)。

4）支護(hù)效果

油頁(yè)巖是一種伴生礦產(chǎn)，隨著油頁(yè)巖煉油技術(shù)的逐漸成熟，成為一種可靠的能源，龍口礦區(qū)油頁(yè)巖處于含煤地層的上部，由于先期進(jìn)行了煤2和煤4的開(kāi)采，大部分處于反采狀態(tài)，回采范圍內(nèi)大部分經(jīng)歷了兩次沉降；從巷道支護(hù)效果上看，采用的相對(duì)簡(jiǎn)單的支護(hù)型式能夠滿足需求，這也為軟巖錯(cuò)層開(kāi)采頂、底板礦壓顯現(xiàn)與控制提供了較好的例證。

超前支護(hù)段相對(duì)穩(wěn)定，主要是頂板變化，管理過(guò)程中根據(jù)巷道變化加大單體柱支護(hù)密度。

端頭支護(hù)基本滿足生產(chǎn)需要，主要問(wèn)題突出表現(xiàn)在后排垮落不及時(shí)帶來(lái)的端頭周期性壓力增大和防突問(wèn)題，采用在切頂線封堵和補(bǔ)支單體支柱加強(qiáng)支護(hù)。

2.4 海域煤2回采工作面端頭支護(hù)

以H2103工作面為例，海域施工支護(hù)問(wèn)題一直是難點(diǎn)，既要滿足回采端頭支護(hù)需求，又要有效降低成本，對(duì)于巷道的支護(hù)還處于不斷探索總結(jié)的過(guò)程中。

1）巷道支護(hù)

回采巷道支護(hù)主要是滿足回采端頭支護(hù)的需要，在海域施工中由于地質(zhì)資料不清，礦山壓力顯現(xiàn)無(wú)明顯規(guī)律，往往巷道支護(hù)在到達(dá)工作面回采動(dòng)壓影響范圍以外就出現(xiàn)嚴(yán)重的變化，突出變現(xiàn)在鋼體變形扭曲，底梁鼓起斷裂，很難保證回采空間需求，實(shí)踐中不斷總結(jié)、實(shí)驗(yàn)，形成較為穩(wěn)定的支護(hù)，兩巷均沿煤2頂板下1m送巷，材料巷主要采取9.93m2U36封棚澆支護(hù)，輔以φ4.0m U36棚澆支護(hù)，運(yùn)輸巷采取11.36m2U36棚澆支護(hù)，輔以φ4.5m U36棚澆支護(hù)，回采前礦壓設(shè)點(diǎn)觀測(cè)，材料巷頂?shù)装逡平?40mm~470mm，運(yùn)輸巷為160mm~620mm，從礦壓觀測(cè)情況可知巷道收縮變形量和支護(hù)斷面有一定的關(guān)系。

2）超前支護(hù)

超前支護(hù)長(zhǎng)度一般為工作面面長(zhǎng)的0.8~1.6倍，采用單體柱、Π鋼、鐵鞋支護(hù)，輔以木（工字鋼）底梁，木垛剎頂。

3）端頭支護(hù)

材料巷采用ZTZ10000/17/26型端頭支架組（一組兩架）配合單體支柱、Π鋼支護(hù)；運(yùn)輸巷采用 ZFH19200/19/30型端頭支架組（一組兩架）配合單體支柱、Π鋼支護(hù)

4）支護(hù)效果

巷道支護(hù)相對(duì)穩(wěn)定，但到達(dá)工作面超前動(dòng)壓劇烈影響段前，不能滿足回采空間需求，尤其是運(yùn)輸巷到達(dá)端頭時(shí)，需進(jìn)行二次返修，受空間及時(shí)間限制只能采用過(guò)渡支護(hù)，遇停面等其它影響，會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)被動(dòng)，曾一度出現(xiàn)端頭“壓死”現(xiàn)象。

經(jīng)反復(fù)實(shí)踐，采取在超前動(dòng)壓劇烈影響段前進(jìn)行二次返修，采用原巷支護(hù)型式，輔以單體柱、Π鋼加強(qiáng)支護(hù)，巷道實(shí)際收縮量降低40%~60%，基本滿足端頭支護(hù)需要，但成本相應(yīng)增加。

2.5 特殊情況下端頭支護(hù)

工作面回采過(guò)程中由于煤層傾角變化及回采影響，在端頭支架及工作面支架間會(huì)出現(xiàn)無(wú)支護(hù)的空間，俗稱“架窩”，對(duì)這種情況下的支護(hù)一般采用單體支柱配合Π鋼進(jìn)行支護(hù)，對(duì)頂板的維護(hù)及控制上存在較大的隱患，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)采取以下措施。

1）在可預(yù)知的工作面長(zhǎng)度增加的情況下，在回采工作面前方預(yù)設(shè)支架，與工作面支架對(duì)接；

2）材料巷側(cè)采用簡(jiǎn)易的滑移支架輔以單體支柱維護(hù)頂板；

3）調(diào)整工作面狀態(tài)，盡量減少運(yùn)輸巷側(cè)架窩空頂范圍。

3 三軟地層工作面狀態(tài)保持

三軟地層中工作面狀態(tài)保持和端頭支護(hù)有直接的關(guān)系，工作面狀態(tài)控制不好出現(xiàn)刮板輸送機(jī)上下竄動(dòng)、支架歪斜等情況，受支護(hù)空間的限制會(huì)直接影響端頭的作業(yè)，控制工作面的狀態(tài)重點(diǎn)是控制工作面支架、刮板輸送機(jī)的竄動(dòng)

3.1 工作面狀態(tài)的觀測(cè)方法

緩傾斜煤層中工作面刮板輸送機(jī)竄動(dòng)初期極緩慢，一旦出現(xiàn)移動(dòng)，受慣性的影響很難在短時(shí)間內(nèi)控制住竄動(dòng)的勢(shì)頭，必須提前觀測(cè)到刮板機(jī)的動(dòng)態(tài)；采用導(dǎo)向觀測(cè)法控制刮板機(jī)的動(dòng)態(tài)，即在運(yùn)輸巷提前標(biāo)定中線，以刮板輸送機(jī)機(jī)頭大軸中心線為參照點(diǎn)，利用激光束過(guò)程中隨時(shí)監(jiān)控，一般工作面在正常狀態(tài)下，錯(cuò)距達(dá)到50mm，即開(kāi)始采取措施。

3.2 正常情況下控制措施

采取調(diào)整工作面?zhèn)蝺A角的方法，即通過(guò)控制兩巷進(jìn)度的辦法調(diào)整工作面傾角，調(diào)整的時(shí)間、頻率依據(jù)觀測(cè)確定，一般根據(jù)回采前方變化提前進(jìn)行，達(dá)到平衡點(diǎn)時(shí)恢復(fù)正常生產(chǎn)。

3.3 工作面出現(xiàn)刮板輸送機(jī)上竄、下跳，支架歪斜等的調(diào)整措施

1）利用采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)相互作用，采用單向割煤法控制竄動(dòng)，機(jī)組向竄動(dòng)的反方向單向割煤，另一方向跑空刀；

2）利用支架與刮板輸送機(jī)相互作用，采用在支架底座上安裝千斤頂用錨鏈刮板輸送機(jī)連接，推移刮板輸送機(jī)后拉緊錨鏈，綜采放頂煤工作面的后部刮板輸送機(jī)采用同樣方法控制；

3）上、下竄動(dòng)幅度過(guò)大影響正常生產(chǎn)時(shí)，只能采取延、縮刮板輸送機(jī)溜槽的辦法；

4）支架的控制利用相鄰支架的相互作用，采用隔2~3部支架間安設(shè)底座千斤頂方法控制；

5）對(duì)兩端頭過(guò)渡支架與端頭間架窩，原則上以控制運(yùn)輸巷側(cè)架窩為主，便于在材料巷側(cè)采取支護(hù)措施。

4 結(jié)論

三軟地層中端頭支護(hù)控制包含巷道支護(hù)、超前支護(hù)、端頭支架和工作面狀態(tài)控制，之間相互聯(lián)系、相互作用，為工作面安全高效開(kāi)采提供保障。

1）三軟地層中回采巷道支護(hù)型式的確定，以工作回采過(guò)程中端頭支護(hù)的的基本要求為基礎(chǔ)，結(jié)合頂?shù)装鍘r性及生產(chǎn)過(guò)程中礦壓顯現(xiàn)特點(diǎn)確定；受構(gòu)造及老巷道等影響需有加強(qiáng)支護(hù)措施，同時(shí)要考慮支護(hù)成本；

2）超前支護(hù)的長(zhǎng)度、支護(hù)型式的確定，以現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的礦壓顯現(xiàn)高應(yīng)力區(qū)范圍作為支護(hù)長(zhǎng)度的基礎(chǔ)，支護(hù)強(qiáng)度的控制要結(jié)合不同的頂?shù)装鍘r性和工作面壓力顯現(xiàn)峰值確定，在現(xiàn)有支護(hù)型式下通過(guò)縮小支護(hù)棚距，增加單體支柱個(gè)數(shù)提高支護(hù)強(qiáng)度，巷道變形較劇烈是必須補(bǔ)充護(hù)幫錨桿及進(jìn)行返修，返修的起點(diǎn)控制在采動(dòng)壓力峰值區(qū)以外較好，滿足端頭支護(hù)的需要；

3）端頭支護(hù)以采用端頭支架組為好，端頭支架的參數(shù)在工作面支架設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合煤層頂?shù)装鍘r性確定，將支架對(duì)底板比壓作為重要參考依據(jù)；

4）端頭架窩的支護(hù)是較薄弱的環(huán)節(jié)，結(jié)合采場(chǎng)情況使用滑移支架，更有利于頂板的維護(hù)和支護(hù)強(qiáng)度保證；

5）導(dǎo)向監(jiān)測(cè)法監(jiān)測(cè)工作面狀態(tài)，能較及時(shí)的發(fā)現(xiàn)工作面動(dòng)態(tài)；調(diào)整偽傾角法控制工作面狀態(tài)，在三軟地層緩傾斜煤層中能較好的控制工作面狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

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