復(fù)合頂板綜采面超前支承壓力分布研究

郭榮柯，李小靜

(1.河南平禹煤電公司一礦，　河南 禹州市　461670；2.河南禹州市煤炭局設(shè)計(jì)院，　河南 禹州市　461670)

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復(fù)合頂板綜采面超前支承壓力分布研究

郭榮柯1，李小靜2

(1.河南平禹煤電公司一礦，河南 禹州市461670；2.河南禹州市煤炭局設(shè)計(jì)院，河南 禹州市461670)

摘要：通過對某礦己16，17-22060綜采工作面前方支承壓力進(jìn)行測定，分析得出了采面支承壓力影響范圍、支承壓力峰值范圍以及支承壓力卸壓區(qū)范圍；并根據(jù)研究所得的支承壓力分布規(guī)律，制定了采面風(fēng)、機(jī)兩巷及端頭支護(hù)方案。實(shí)踐表明，該支護(hù)方案滿足巷道支護(hù)要求，能夠有效控制頂板，減少巷修量，效果良好，對相似頂板條件下巷道支護(hù)同樣具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：復(fù)合頂板；支承壓力；支護(hù)方案

0前言

頂板管理是工作面回采過程中最為重要的技術(shù)管理之一，不同頂板類型下采煤，回采巷道支護(hù)形式和管理方法也不相同。相較于堅(jiān)硬頂板，破碎頂板下的回采活動(dòng)較為困難，特別是復(fù)合頂板下的采煤作業(yè)，巷道圍巖變形量大，造成超前支護(hù)段的管理尤為困難。對于復(fù)合頂板定義，目前尚未統(tǒng)一，但通過對文獻(xiàn)分析，可將復(fù)合頂板定義為由多層巖性不同的巖層和薄煤層間隔組成的頂板，其主要特點(diǎn)是層間粘聚力較小，易發(fā)生頂板離層現(xiàn)象。某礦所采己16、17-22060工作面頂板即為復(fù)合頂板，回采過程中，局部地段頂板破碎，影響了采面正常循環(huán)作業(yè)，為了掌握該工作面支承壓力分布情況，制定合理的兩巷支護(hù)方案，同時(shí)為相似地質(zhì)條件的采面回采提供參考，特使用ZLGH-20，40型應(yīng)力計(jì)對工作面前方支承壓力進(jìn)行測定，以期獲得采面支承壓力影響范圍及峰值強(qiáng)度，為巷道支護(hù)提供依據(jù)。

1工作面概況

己16，17-22060綜采工作面位于礦井己二采區(qū)西翼中北部，東到己二回風(fēng)下山，西到己組邊界保護(hù)煤柱線，南部己16、17-22040未開采，北鄰己16、17-22082采空區(qū)，上部己15煤層已回采，下部庚20煤層已回采。

該面己16煤層、己17煤層實(shí)行合層開采，己16煤厚1.2～1.8 m，己17煤厚1.0～2.0 m，己16煤層和己17煤層之間夾矸0.2～0.6 m，平均厚0.4 m。該面煤層賦存較穩(wěn)定，局部受斷層構(gòu)造影響煤層厚度變化較大。煤層為肥煤，疏松易碎成粉末狀，煤層結(jié)構(gòu)為復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

頂板屬于復(fù)合頂板，其中偽頂為炭質(zhì)泥巖，平均厚度0.4 m，直接頂為灰色泥巖，平均厚度9.8 m，其上為己15煤層，厚度1.36 m。

2工作面超前支承壓力測定及分析

2.1測定方案

測試儀器：采用ZLGH-20，40型鉆孔應(yīng)力計(jì)測定工作面煤壁前方支承壓力，配合GSJ-2A型電腦檢測儀使用，直接讀出應(yīng)力值并存儲。

測點(diǎn)布置方案：從超前工作面70 m位置開始布置測定，每隔5 m布置一個(gè)測點(diǎn)，共布置6個(gè)。每個(gè)測點(diǎn)內(nèi)安設(shè)一臺ZLGH-20，40型鉆孔應(yīng)力計(jì)，鉆孔直徑為48 mm，孔深設(shè)計(jì)為10 m，開孔點(diǎn)距離底板0.6 m，垂直回風(fēng)平巷巷幫施工，各測點(diǎn)距工作面距離如表1所示。

表1　各測點(diǎn)距工作面距離

2.2工作面超前支承壓力分布規(guī)律分析

1#測點(diǎn)至5#測點(diǎn)應(yīng)力變化曲線圖如圖1～圖5所示，由于6#測點(diǎn)安裝后電腦檢測儀讀數(shù)一直顯示為0，重新對鉆孔應(yīng)力計(jì)安裝后，讀數(shù)依然顯示為0，所以取消6#測點(diǎn)觀測，但從整體數(shù)據(jù)分析來看，6#測點(diǎn)數(shù)據(jù)的缺失不影響煤壁前方支承壓力的規(guī)律分析。

由圖1～圖5分析可知，各測點(diǎn)應(yīng)力都在安裝后出現(xiàn)小幅增加，然后進(jìn)入應(yīng)力增高區(qū)，達(dá)到峰值后，進(jìn)入卸壓區(qū)，卸壓區(qū)距離工作面距離為9～12 m，平均10 m；工作面超前支承壓力影響范圍較大，為12～23 m，而支承壓力峰值距工作面較遠(yuǎn)，為 15～22 m。

圖1　1#測點(diǎn)應(yīng)力變化曲線

圖2　2#測點(diǎn)應(yīng)力變化曲線

圖3　3#測點(diǎn)應(yīng)力變化曲線

圖4　4#測點(diǎn)應(yīng)力變化曲線

圖5　5#測點(diǎn)應(yīng)力變化曲線

3復(fù)合頂板的控制與管理

根據(jù)上述總結(jié)的工作面超前支承壓力分布特點(diǎn)，結(jié)合巷道回采過程中礦壓顯現(xiàn)特點(diǎn)，制定了復(fù)合頂板綜采工作面兩巷及端頭超前支護(hù)方案。

3.1機(jī)(風(fēng))巷復(fù)合頂板支護(hù)

(1) 機(jī)、風(fēng)兩巷支護(hù)形式主要為U型鋼棚子。機(jī)、風(fēng)兩巷在距采面50 m范圍內(nèi)必須超前支護(hù)，若出現(xiàn)頂板壓力較大現(xiàn)象，則要適當(dāng)延長超前支護(hù)距離，并增加架設(shè)木垛，對折梁斷柱、失效柱子要及時(shí)更換。

(2) 超前支護(hù)方式。采用替棚超前支護(hù)方式。在距煤壁50 m范圍內(nèi)架超前棚，將U型鋼棚子用圓木替棚后，采用鉸接頂梁配合單體柱沿傾向一梁二柱架設(shè)，棚距1.0 m，頂板破碎時(shí)可適當(dāng)加密棚距，在距煤壁20 m范圍內(nèi)，在原架設(shè)的棚梁上用單體柱加打中柱，當(dāng)頂板壓力大、兩巷外鼓嚴(yán)重時(shí)，及時(shí)補(bǔ)打木垛加強(qiáng)支護(hù)。

(3) 若兩巷部分地段壓力異常時(shí)，要及時(shí)超前支護(hù)架棚，或加打木垛，加打的木垛規(guī)格為1.2 m×1.2 m(長×寬)，沿幫架設(shè)，木垛架設(shè)在實(shí)底上，接頂嚴(yán)實(shí)。

(4) 若兩巷高度超高，則必須在鋼梁或園木梁上架設(shè)木垛，使木垛接頂保證有效地支護(hù)頂板。

3.2端頭支護(hù)

上端頭采用鉸接頂梁配合單體柱架走向棚子支護(hù)。靠采面最后一架上側(cè)200～300 mm架一排走向棚子，靠風(fēng)巷上幫300 mm架一排走向棚子，在兩棚子之間視其寬度，布置若干排走向棚子，棚子排距0.5 m，柱距為1 m；所打走向棚子必須背頂，柱子打牢，迎山有力。

下端頭使用4 m的π型鋼梁和單體柱配合支護(hù)。正常情況下在機(jī)頭第一架下側(cè)與轉(zhuǎn)載機(jī)上幫之間架設(shè)2根π型鋼梁，棚子一梁三柱，支柱均勻布

置，交替邁步前移，邁步距離0.6 m；如果兩根π型鋼梁間距超過500 mm時(shí)，在2根之間用鉸接頂梁和單體柱架一排走向棚子，棚子一梁一柱。在轉(zhuǎn)載機(jī)下幫到機(jī)巷下幫煤壁間視巷道寬度用單體柱和鉸接梁均勻布置若干排棚子，棚距0.5 m。

4結(jié)論

通過對己16，17-22060采面前方支承壓力測定，得出采面支承壓力分布規(guī)律：支承壓力影響范圍為12～23 m，支承壓力峰值距工作面15～22 m，卸壓區(qū)距離工作面平均10 m；在此基礎(chǔ)上，制定了采面兩巷及端頭超前支護(hù)方案。生產(chǎn)實(shí)踐表明，該支護(hù)方案不僅滿足了支護(hù)要求，而且大大降低了超前支護(hù)段的維修量，效果良好。

參考文獻(xiàn)：

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[4]林成德,金磊輝.復(fù)合頂板巷道支護(hù)淺析[J].黑龍江科技信息,2011(10).

收稿日期：[5]賈廣輝.對復(fù)合頂板的認(rèn)識及綜合防治措施[J].山東煤炭科技,1998(2).(2015-07-22)

作者簡介：郭榮柯(1983-)，男，河南許昌人，助理工程師，主要從事煤礦安全生產(chǎn)管理工作，Emial:316565868@qq.com。