大采高綜采工作面頂板控制技術(shù)

付聰杰

（山西煤銷集團宏安煤業(yè)有限公司，山西 太原 030002）

大采高綜采工作面頂板控制技術(shù)

付聰杰

（山西煤銷集團宏安煤業(yè)有限公司，山西 太原 030002）

為了保證兩硬大采高綜合機械化采煤工作面安全生產(chǎn)，在掌握采面礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律的基礎(chǔ)上，選擇ZZ9900／29.5／50支撐掩護式液壓支架控制采場頂板，針對兩硬特點，8402大采高工作面選擇自然垮落結(jié)合人工強制放頂技術(shù)控制頂板，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效益，為同煤集團公司其它條件類似采面提供了可靠的頂板控制技術(shù)和管理經(jīng)驗。

大采高；綜采；頂板；控制技術(shù)

大同煤礦集團公司侏羅系煤層有著豐富的煤炭資源，其中5 m左右厚度煤層為11＃、12＃、14＃煤層；主要分布在口泉溝的四礦、二礦、一礦；云岡溝的十礦、十三礦、九礦等。工業(yè)儲量大約有247 Mt，可采儲量175 Mt。但由于其頂板堅硬、煤層堅硬的兩硬條件，不適宜采用放頂煤開采，而對于5 m厚煤層采用大采高一次采全高會大幅度提高資源回收率，也可提高開采效率、降低開采成本，通過對采場支架的合理選擇和堅硬頂板強制弱化處理，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效果[1-7]。

1 工作面概況

同煤集團公司四礦設(shè)計能力270萬t／a，大采高8402工作面位于404盤區(qū)巷西側(cè)，所采煤層為侏羅系14＃煤層，平均埋深320 m。8402工作面推進長度967 m，工作面長度181.5 m，煤層厚度為4.10 m～6.70 m，平均4.75 m；工作面普遍含有一層0.1 m～0.3 m夾石，煤層傾角20°～50°。工作面煤層頂板自下往上依此為：偽頂，深灰色砂質(zhì)頁巖，厚0.27 m；直接頂，深灰色砂質(zhì)頁巖與粉砂巖互層，厚4.48 m；老頂為灰色粉細砂巖，厚度10.94 m。本層上覆2＃，3＃，4＃，7＃，9＃，10＃，11＃煤層，除2＃，11＃層開采外，其余煤層厚度均小于0.8 m，未開采，2＃層距本層的間距為192 m，11＃層距本層的間距為27.2 m。煤層綜合柱狀圖，見圖1。

圖1 煤層綜合柱狀圖

2 工作面布置及開采設(shè)備

2.1 工作面巷道布置

8402 工作面采用雙巷布置，巷道沿傾向布置，切眼沿走向布置?；仫L(fēng)巷5402兼作運送材料。運輸巷2402為機軌合一巷，用于運煤、進風(fēng)兼存放設(shè)備列車。兩巷均沿底掘進。運輸巷、回風(fēng)巷、工作面切眼均采用矩形斷面。巷道支護方式為錨桿＋錨索聯(lián)合支護方式，兩排錨索呈三角形布置，錨桿、錨索的參數(shù)，見圖2。

切眼采用兩次掘進成巷工藝，與傳統(tǒng)施工工藝相比減少了開幫準備工序，縮短了準備時間。巷道支護采用錨桿、錨索加單體支柱的聯(lián)合支護方式，解決了14＃層復(fù)合頂板條件下超大斷面切眼的成巷關(guān)鍵技術(shù)，確保了超大斷面切眼安裝設(shè)備的安全有效實施。

圖2 巷道支護參數(shù)示意圖

2.2 采面設(shè)備

采煤機是引進德國艾可夫公司生產(chǎn)的SL-500型大功率交流電牽引雙滾筒采煤機,特點是截割功率大,牽引速度快,裝煤效果好。2002年11月1日20時至2002年11月2日16時在受礦井運輸能力限制的條件下對大采高工作面進行了考核測試,共計割煤11刀,平均采高4.65m,推進9.1m,原煤產(chǎn)量10 291 t。在割煤速度7m/min時,實測采煤機整機輸入功率714 kw。測試過程中,采煤機工作狀態(tài)穩(wěn)定,各部位溫升穩(wěn)定,均在允許范圍內(nèi)。經(jīng)測試雙向割煤,平均速度為5.96m/min,每個循環(huán)平均耗時56min。由此看出采煤機潛在生產(chǎn)能力很大,但受礦井運輸能力制約沒有得到充分發(fā)揮。

刮板運輸機、轉(zhuǎn)載機、破碎機、及順槽膠帶運輸機均為國產(chǎn)配套設(shè)備,經(jīng)過一年生產(chǎn)使用,該設(shè)備的技術(shù)性能、制造質(zhì)量、結(jié)構(gòu)尺寸均能滿足設(shè)計要求。另外,該成套設(shè)備設(shè)計配套合理,運輸能力大,使用維護方便,安全可靠,能夠滿足集約化生產(chǎn)的要求。

工作面刮板輸送機采用了高可靠性行星減速器傳動裝置、高強度交叉?zhèn)刃稒C頭、高可靠性鏈輪組件,整體封底式中部槽、147節(jié)距整體模鍛高強銷軌、高強靈活可伸縮機尾、重型鍛造刮板和Φ38×137緊湊鏈、液壓馬達低速緊鏈裝置、摩擦限矩型安全保護離合器;順槽轉(zhuǎn)載機采用了可伸縮機頭、15 000 h高壽命二級平行布置行星減速器,并配有性能優(yōu)越的可移動式皮帶機機尾自移裝置和經(jīng)優(yōu)化設(shè)計的齒輪+液力合器傳動型式的破碎機。刮板運輸機、轉(zhuǎn)載機、破碎機、及順槽膠帶運輸機在2 000 t/h大運量情況下電機最大輸出功率為額定輸出功率的82％,電機、減速機溫升均在43°C以內(nèi),符合使用標準要求。

3 頂板控制技術(shù)

3.1 采面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

1）直接頂初次來壓

大采高工作面直接頂初次跨落步距平均15 m,直接頂從工作面中部首先冒落,隨工作面向前推進,很快擴大到整個工作面,除頭尾落山角留有少量懸板外,其它各處冒落高度在3.5m～5.5m之間,工作面煤壁有不超過0.2m片幫。

2）老頂初次來壓

大采高工作面老頂初次來壓步距在40 m～60 m之間,部分支架安全閥開啟,古塘懸板全部跨落,工作面中部煤壁有0.3m～0.5m片幫,但工作面頂板完整。

3）老頂周期來壓

大采高工作面老頂周期來壓步距在13 m～21 m,平均為19.2 m。實測表明,老頂初次來壓和周期來壓,沿工作面方向不是同時來壓,呈現(xiàn)局部來壓、遷移特征,來壓強度中部最強,尾部次之,頭部較弱。

3.2 液壓支架選擇

工作面頂板的控制主要是由采場支架有效的支撐來完成的,大采高開采時,由于一次采出煤層厚度的增加,采場上方頂板活動規(guī)律發(fā)生了較大的變化。加之,大采高工作面由于采高大,容易出現(xiàn)煤壁大面積片幫,片幫后端面距加大,頂板失去煤壁的支撐,常常造成冒頂事故。而冒頂事故反過來加劇了工作面裝備的損壞,尤其是液壓支架的受力狀況會急劇惡化,對支架的穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴重影響。針對兩硬條件大采高綜采特點,采用ZZ9900/29.5/50支撐掩護式液壓支架控制采場頂板。工作面共選用107架ZZ9900-29.5/50型四柱支撐掩護式支架。其中上下端頭各采用了3架特殊支架支護頂板。支架中心距1.75m,支架最小控頂距5.889 m,支架最大控頂距6.854 m,最小端面距0.539 m,最大端面距1.404m。

3.3 液壓支架的適應(yīng)性分析

ZZ9900/29.5/50型液壓支架采用四拄支撐掩護式結(jié)構(gòu),特點是初撐力高,支撐能力大,安裝了大流量安全閥,配有大流量供液系統(tǒng),具備快速移架能力。經(jīng)測試,單個支架移架速度平均14.07 s,最快速度12 s,折算支架跟機速度平均為7.46m/min,可以保證工作面快速推進。

支架已安全完成了工作面控頂任務(wù),采煤工作面累計推進2 267 m,出煤約249萬t,該支架經(jīng)受了工作面老頂來壓的沖擊;在過上層采空區(qū)煤柱時沒有受到損壞和沒有出現(xiàn)本身原因影響生產(chǎn)的情況,有效地控制了頂板,由此可以說明該支架支護能力能滿足該類工作面地質(zhì)條件下支護要求。

開采過程中,工作面機道頂板完整,未出現(xiàn)過漏頂或壓架事故,支架能滿足兩硬大采高工作面開采的要求。

3.4 爆破強制放頂

爆破強制放頂是弱化堅硬頂板的有效手段之一。四老溝礦8402大采高工作面采空區(qū)頂板管理采用自然垮落結(jié)合人工強制放頂。使采空區(qū)頂板在頭、尾拉開槽,在采動中自行垮落。

根據(jù)已采工作面的監(jiān)測結(jié)果、數(shù)值模擬和相似材料模擬研究結(jié)果,工作面直接頂初次垮落步距為15 m左右,老頂初次來壓步距為40 m～60 m,老頂?shù)闹芷趤韷翰骄酁? m～21 m,平均19.2 m。因此結(jié)合大采高開采的實際情況,確定初次放頂步距為28 m,步距放頂步距為20 m,放頂孔布置,見圖3,圖4。

圖3 放頂孔的水平布置示意圖

8402 工作面實行深孔爆破人工強制放頂后,控制了頂板的垮落,直接頂基本上能隨采隨冒,老頂?shù)膽野宀淮?懸板尺度都在20m×15m以內(nèi)。工作面初次來壓和周期來壓強度不是特別大。

圖4 放頂孔的垂直布置示意圖

4 結(jié)束語

四老溝礦大采高工作面頂板控制管理采用自然垮落結(jié)合人工強制放頂。使采空區(qū)頂板在頭、尾拉開槽,在采動中自行垮落。經(jīng)人工放頂后,除頭部常有不大于5 m×10 m的三角懸板外其他各處均能隨采隨落。工作面壓力分布呈現(xiàn)中部最大,尾部次之,頭部最小的規(guī)律。工作面周期來壓期間,中部少數(shù)支架安全閥開啟,活柱下縮量不明顯,工作面煤壁片幫深度不超過0.5 m,控頂區(qū)內(nèi)頂板較完整,從未發(fā)生過頂板事故,由此說明大采高工作面選擇的頂板管理方式是科學(xué)合理的,本工作面兩硬大采高綜采工作面成功控制頂板的經(jīng)驗為同煤集團公司其它條件類似的采面提供了可靠的技術(shù)和管理經(jīng)驗。

[1]袁永,屠世浩,王瑛.大采高綜采技術(shù)的關(guān)鍵問題與對策探討[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2010,38（1）：4-8.

[2]張濤偉,吳學(xué)明,陳占揚.厚煤層大采高綜采工作面長度合理性分析[J].煤礦安全,2010,430（8）：128-130.

[3]劉全明.大采高綜放工作面長度的空間效應(yīng)初探[J].煤礦開采,2010,15（3）：27-29.

[4]閆少宏,尹希文.大采高綜放開采幾個理論問題的研究[J].煤炭學(xué)報,2008,33（5）：481-484.

[5]孟凡龍.“兩硬”大采高工作面頂板控制設(shè)計技術(shù)[J].煤炭工程,2007（9）：7-9.

[6]劉純貴.白洞煤礦大采高綜采工作面頂板控制研究[J].煤礦開采,2010,15（5）：89-91.

[7]弓宏飛.大采高綜采技術(shù)在四老溝礦的應(yīng)用[J].煤礦開采,2004,9（3）：19-21.

〔責(zé)任編輯 石白云〕

Roof Control Technology of Full－mechanized Mining Facew ith Large Mining Height

FU Cong-jie
（ShanxiCoalMarketing Group HongAn coal co.，LTD，Taiyuan Shanxi，030002）

In order to ensure the safe production of two hard largemining height full-machanized mining face，on the basis of having controlled the law ofmining face pressure，ZZ9900／29.5／50 shield hydraulic supportwas used to control the roof.Due to the two hard characteristics，natural caving，combined with artificial forced caving technology was chosen to control the roof of 8402 largemining heightmining face.Thesemeasures abtained good technical and economic benefit and provided similiarmining face of Datong CoalMine Group Companywith reliable roof control technology andmanagementexperience.

largemining height，full-mechanized mining，roof control technology

TD322＋.1

A

2012-12-06

付聰杰（1965-），男,山西孝義人,碩士,工程師,研究方向：采礦技術(shù)與管理。

1674－0874（2013）01－0081－04