超長綜放工作面采場礦山壓力控制

孫江濤

（太原理工大學礦業(yè)工程學院，山西太原030024；山西介休義棠安益煤業(yè)有限公司，山西介休032000）

超長綜放工作面采場礦山壓力控制

孫江濤1，2

（太原理工大學礦業(yè)工程學院，山西太原030024；山西介休義棠安益煤業(yè)有限公司，山西介休032000）

隨著綜采放頂煤工作面采高的增加，支護高度與重心提高，此時支架很容易發(fā)生傾斜與滑倒等問題。結合超長綜放的工作面，對采場礦山壓力控制進行了簡單的分析。

超長綜放；采場礦山；壓力控制

引言

經(jīng)過多次實驗，綜采放頂煤技術已經(jīng)是國內厚煤層產(chǎn)煤的核心技術之一，怎樣優(yōu)化生產(chǎn)技術，讓生產(chǎn)更加合理、科學、集中，一直是煤炭科研人員面臨的問題。從已有的采煤經(jīng)驗來看：增加工資面長度已經(jīng)成為集中生產(chǎn)的核心技術，隨著綜放工作面長度的改善，不僅能促進巷道布置、工作面單產(chǎn)、簡化系統(tǒng)、集中生產(chǎn)，還能提高資源采出，更好地保護地表建筑物。但是受安全系統(tǒng)、通風條件、裝備水平等因素影響，頂板管理難度系數(shù)較大，組織復雜，所以在工作面采場控制中必須使用有效的方法，從根本上確保超長綜放工作面高效、高產(chǎn)。

1　超長綜放工作面采場礦山的實例分析

1.1地質開采與開采方式

某企業(yè)所在煤礦的工作面使用的是3號煤層，煤層平均厚度是5.58m，密度是1.39 t/m3，屬于背斜結構，其坡度在0°～3°間，平均坡度是1.7°。工作面使用的是后退式、面向長臂的綜合機械采煤法。工作面的傾斜長度與可采長度分別為280m與850m，循環(huán)進度為0.8m，具體的工作面圍巖如表1所示。

1.2工作面煤巖穩(wěn)定性與觀測方式

借助測桿與鋼卷尺，對冒頂與可能出現(xiàn)片幫的領域進行測量（如圖1所示）中的a、b、c、d等頂煤破壞參數(shù)與冒頂傾向長度。工作面沒有出現(xiàn)冒頂前，自5號開始，根據(jù)順序每5架記錄對應采高，一直到180號架；工作面存在冒頂后，根據(jù)片幫冒頂?shù)淖钌钐庍M行記錄與測量。

表1　工作面圍巖與特征

圖1　頂煤的穩(wěn)定性參數(shù)

2　工作面煤壁的穩(wěn)定性

采高逐漸增加，尤其是煤壁弱面、頂板破碎、煤質松軟時，很可能發(fā)生煤壁片幫的情況。

通常，煤壁片幫會受煤層裂隙、節(jié)理、弱面、層理與發(fā)育程度影響，呈現(xiàn)出不同的形式，一般情況下會產(chǎn)生下頁圖2中的形式。在此次工作面礦壓觀測與統(tǒng)計中，煤壁片更多的體現(xiàn)為a與b兩種形式，高達81.7%的a類片幫增加了支架梁端距，不易于互幫千斤頂控制與端面頂板穩(wěn)定；b類只有13.6%，它不會對頂板構成太大影響，互幫千斤頂依然能正常使用。就各種片幫深度來看：a類分布在0.15～0.20m間，高達72%；b類分布在0.2～0.3m間，高達88%；e類比重較小，片幫深度在0.5～1.3m間，這很不易于控制頂板。

從煤壁片幫深度來看：煤壁片幫深度更多的分布在150～300mm間，在統(tǒng)計總數(shù)中占63.6%，超過450mm頻率達到13.6%。從現(xiàn)場反饋的信息來看：片幫深度超過500mm的情況更多體現(xiàn)為檢修停產(chǎn)與老頂來壓，嚴重時片幫超過1.0m。在地質背景下，煤壁片幫程度和機采高度有著密切關系。在現(xiàn)場實測中，片幫深度會隨著采高變化變成二次曲線，當采高處于3.4～3.6m間，片幫深度增加的速度減緩；當采高超過3.6m，片幫會隨著采高增加而增加。而工作面采高最好不能超過3.6m，反之片幫量增加很可能帶來安全隱患。

圖2　煤壁片幫的形式

煤壁片幫的深度也說明了局部工作面片幫的工作程度，煤壁片幫率就是沿著工作面傾向累計的長度在總工作面中的比值。根據(jù)現(xiàn)場反饋的信息來看：煤壁片幫率多處在8～12%間，在統(tǒng)計總數(shù)中高達70.5%。在實踐中，煤壁片幫率低于12%時，不會由于煤壁失穩(wěn)發(fā)生支護失效或者中斷生產(chǎn)等問題。片幫率超過12%的幾率是6.8%，在這種條件下，很容易引發(fā)超過500 mm的局部冒頂問題。就整體發(fā)展來看：工作面工作性能良好，嚴重片幫更多體現(xiàn)為工作面長時間停產(chǎn)，沒有停機現(xiàn)象。和片幫深度以及采高變化過程來看：增加采高對片幫率影響不大，也就是說增加采高對煤壁穩(wěn)定性的影響要低于局部穩(wěn)定。

3　工作面頂煤穩(wěn)定性

3.1端面冒頂影響因素

頂煤在頂板回轉、支撐壓力、支架反復支撐的作用下，會經(jīng)過完整區(qū)、破壞區(qū)、發(fā)育區(qū)與破碎區(qū)，逐漸淪落成散體。結合現(xiàn)實活動，之所以對工作面冒頂構成影響的因素有。

頂層破碎，節(jié)理、層理發(fā)育，頂煤在煤壁頂層，就已經(jīng)步入破碎區(qū)域，已經(jīng)擁有放出條件，這也是造成端面冒頂?shù)暮诵囊亍?/p>

支架工作狀態(tài)不好，受煤壁片幫與頂梁上端浮煤影響，支架頂梁很難有效接頂，最終讓端面頂煤斷裂。支架初撐力和降架遷移不會構成煤離層，讓冒頂向著更大、更高的領域拓展。

受頂板回轉與支撐壓力影響，上位頂煤周期很容易發(fā)生破壞，而端面上端頂煤與破壞區(qū)貫通，造成較大程度冒頂?shù)母驹蚴牵浩茐膮^(qū)是否存在貫通和支護質量、支架情況有著密切的關系。工作面端面冒頂、煤壁片幫與支架工況有著密切的關系，互相影響，以控制煤壁片幫，確保支架好轉，從而控制冒頂發(fā)展。而工作面采高增加，不僅會影響支架穩(wěn)定性，還會影響端面冒頂與控制工作的開展。

3.2端面冒頂高度

在工作中，工作面冒頂高度更多分布在150～300 mm間，從現(xiàn)場反饋的信息來看：冒頂高度低于600 mm，不會對生產(chǎn)構成太大影響，也無需專門處理，只要確保支架監(jiān)測，就能確保支架抬頭，從而控制冒頂，改善頂煤穩(wěn)定性。從現(xiàn)場反饋的信息來看：冒頂高度低于600mm高達95.5%，這也說明頂板管理效果較好。

4　煤巖穩(wěn)定性與控制技術

在大采高綜放支架控制中，工作面管理由防止垮落向兩點一線轉變。而工作面內頂板控制的重點在于避免工作面發(fā)生端面與煤壁片幫冒頂?shù)葐栴}，因為煤頂松軟和容易冒落，端面逐漸成為影響生產(chǎn)的重點。對此，在生產(chǎn)中，必須使用有效措施，改善煤巖的穩(wěn)定性。

在工作面生產(chǎn)中，盡量減小煤壁暴露周期，加快工作面工作進度；確定科學的采高，減小片幫出現(xiàn)冒頂事故的幾率；做好質量監(jiān)管與支護工作，對工作面支架實施二次注液，以此確保工作面初撐力，減小煤幫壓力；改善液壓支架可靠性，通過增強維護，從根本上避免漏液，讓支架初撐力始終高于80%的額定值，當支護強度滿足規(guī)定后，從整體上提高圍巖剛度，保障支架位態(tài)。當工作面處于頂板破碎的環(huán)境時，最好使用帶壓移架的方法，在一步到位的情況下，避免反復升降液壓支架帶來的不利影響，當片幫深度符合先移駕而不影響割煤時，使用超前移駕。另外，為保障割煤的質量，必須有效控制液壓支架的接觸頂板，更好地發(fā)揮支架功能。在放煤工作中，盡量保障放煤均勻，當煤層與頂板破碎較小時，使用單輪間隔放煤，以避免支架上部抽空引發(fā)冒頂。

當工作區(qū)域發(fā)生大面積片幫，或者處在不利地質與斷層等情況時，必須做好煤壁加固工作，避免片幫發(fā)展。工作面煤壁片幫面積與深度較大時，通過注射馬麗散的形式對裂隙、松軟區(qū)域進行加固。當錨桿長度在1.8～2.5 m時，配合樹脂藥卷進行，如此不僅能從整體上提高煤壁整體性能，還能加大內部摩擦，錨桿本身就有抗剪功能，從而避免滑移。

5　結語

超長綜放面礦壓作為一項系統(tǒng)、復雜的工作，它對煤礦正常生產(chǎn)與開采安全具有重大影響。因此，在現(xiàn)實工作中，必須結合工作經(jīng)驗與科學技術，做好采場礦山壓力控制。

［1］張學會.特厚煤層大采高綜放面力學特征研究及其應用［D］.合肥:安徽理工大學，2012.

［2］劉志陽.極近距離煤層采空區(qū)下綜放面礦壓規(guī)律與控制研究［D］.北京:中國礦業(yè)大學，2014.

［3］劉艷輝.大采高綜采和綜放工作面礦壓顯現(xiàn)特征的對比研究［D］.焦作：河南理工大學，2012.

［4］韓俊效.寺河礦大采高長工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究［D］.焦作：河南理工大學，2011.

［5］馬錢錢，周厚權，袁德權，等.大采高超長綜放面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律與控制技術研究［J］.能源技術與管理，2015（4）:48-50.

（編輯：劉楠）

Super-length Fully-mechanized Caving Stope M ining Pressure Control

Sun Jiangtao1，2
（1.Taiyuan University of Technology，Taiyuan Shanxi030024；2.Yitang AnyiCoal Industry Co.，Ltd.，Jiexiu Shanxi 032000）

With the increase ofmining heightare broken fullymechanized top coal cavingmining faces，supporting heightand center of gravity，the bracket is easy to produce the problem such as tilting and slip.Combined with super long fully mechanized working face of stopemining，pressure control are simply analyzed.

super-length fully-mechanized top-coal caving；mine；press control

TD823.49

A

2095-0748（2016）17-0057-03

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.17.24

2016-08-19

孫江濤（1985—），男，河北唐山人，畢業(yè)于太原理工大學機械設計制造專業(yè)，現(xiàn)就職于山西介休義棠安益煤業(yè)有限公司，助理工程師，主要從事煤礦采煤管理工作。