綜采工作面推進(jìn)速度與超前應(yīng)力的控制

郭正文

【摘 要】依據(jù)綜采工作面開采地質(zhì)及技術(shù)條件，結(jié)合以往開采經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的基礎(chǔ)上，分析了工作面在推進(jìn)速度與前方煤體受應(yīng)力分布關(guān)系。實(shí)際生產(chǎn)過程中，適當(dāng)加快工作面推進(jìn)速度，減少在同一位置的滯留時(shí)間，控制應(yīng)力超前；有利于保持工作面的穩(wěn)定性，保證安全生產(chǎn)具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】綜采工作面；推進(jìn)速度；超前應(yīng)力；控制

0 引言

隨著現(xiàn)代采煤技術(shù)的不斷發(fā)展，綜合機(jī)械化采煤不斷應(yīng)用于生產(chǎn)中，但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，工作面推進(jìn)速度得不到有效控制，導(dǎo)致工作面周期來壓及應(yīng)力超前，從而發(fā)生片幫冒頂事故，這不僅使工作面經(jīng)常處于半停產(chǎn)狀態(tài)，而且造成機(jī)械設(shè)備的損壞，采煤機(jī)開機(jī)率下降，綜采工作面產(chǎn)量和效益大大降低，同時(shí)對(duì)人身安全造成嚴(yán)重威脅。通過對(duì)綜采工作面發(fā)生片幫冒頂?shù)臋C(jī)理及特點(diǎn)進(jìn)行分析，就綜采工作面如何控制推進(jìn)速度與超前應(yīng)力關(guān)系，提出有利的控制措施。

1 工作面概況

該3603二段工作面位于叢林向斜軸部西翼，其左側(cè)與3601采區(qū)采空區(qū)相鄰；上、下及右側(cè)均為原生煤體，其走向長(zhǎng)度755m，傾斜長(zhǎng)165m，距地表垂深530～580m。處于單斜構(gòu)造區(qū)域，區(qū)域內(nèi)主要以小斷層及褶曲構(gòu)造為主；煤層的厚度變化范圍為1.0～2.5m，平均1.6m，可采煤層為K1（6#）煤層。工作面初次來壓步距為10～25m，周期來壓步距為12～21m，直接頂為炭質(zhì)頁巖，基本頂為砂巖。該工作面采用單一走向長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化采煤工藝，全部垮落法管理頂板， MG2×160/740-WD1型雙滾筒采煤機(jī)雙向往返割煤，ZY3300/12/30型支架支護(hù)頂板，最大、最小控頂距分別為5.8m和5.2m，移架步距為0.6m。工作面機(jī)巷采用單體液壓支柱配合1200mm鉸接梁，一梁一柱超前托梁支護(hù)，工作面風(fēng)巷采用單體液壓支柱配合800mm鉸接梁，一梁一柱超前托梁支護(hù)，梁與梁間鉸接；兩巷超前支護(hù)距離雙排不少于20m；工作面上端頭采用800mm鉸接頂梁配單體液壓支柱，一梁一柱支護(hù)頂板，柱距700mm，排距800mm；下端頭采用用單體液壓支柱配合1200mm鉸接梁進(jìn)行支護(hù)，排距800mm，和單體支柱配合3.6mπ梁，一梁四柱，錯(cuò)梁齊柱并棚支護(hù)，錯(cuò)距600mm～1200mm，并棚柱距200mm，棚距鉸梁對(duì)鉸梁1100mm。

2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)方案

采用工作面頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)以及工作面機(jī)巷、風(fēng)巷頂板變化情況測(cè)試方案。

如圖1所示，工作面安設(shè)5條測(cè)線，1號(hào)測(cè)線和5號(hào)測(cè)線距離工作面機(jī)巷和風(fēng)巷各20m左右，其余測(cè)線均勻布置在工作面中部。工作面機(jī)巷和風(fēng)巷間距5m各布置2條巷道頂板移近量測(cè)站；巷道內(nèi)各測(cè)站隨工作面推進(jìn)不斷報(bào)廢而循環(huán)布置，保證各測(cè)站數(shù)量不變，直至觀測(cè)結(jié)束。

2.1 工作面頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

為獲得綜采工作面在回采期間的應(yīng)力分布情況和變化規(guī)律，工作面設(shè)5條測(cè)線，1、 5號(hào)測(cè)線各布置3架，每隔3架支架監(jiān)測(cè)1架，其余測(cè)線各布置2架，每隔3架支架監(jiān)測(cè)1架，分別對(duì)工作面12架支架進(jìn)行監(jiān)測(cè)。分別在回采過程中推進(jìn)速度快時(shí)為3.6m/d，和推進(jìn)速度慢時(shí)的0.3m/d兩個(gè)階段，每次移架后觀測(cè)初撐力及移架前觀測(cè)工作阻力值。

通過對(duì)工作面慢速、快速推進(jìn)時(shí)支架載荷的觀測(cè)，2.14-2.29日工作面停滯期間，煤壁片幫較為嚴(yán)重，壓力表觀測(cè)數(shù)據(jù)有持續(xù)增大趨勢(shì)；2.14日工作面推溜移架過程中，支架壓力有較大變化，最大值達(dá)到40MPa，工作面煤壁大面片幫，深度達(dá)6m，老頂巖石不斷發(fā)出沉悶的斷裂聲音，工作面大部分支架安全閥溢液，19-23架支架被壓死，并形成2-8m高冒區(qū)，并伴隨有頂板淋水。隨著工作面的緩慢推進(jìn)，頂板斷裂聲音增大，煤壁片幫、頂板垮冒更為嚴(yán)重。這說明工作面推進(jìn)速度慢，支架長(zhǎng)時(shí)間承載，工作面支架的阻力非常大，部分支架安全閥被迫開啟，安全閥沒有開啟的支架壓力遠(yuǎn)大于額定工作阻力。12.6-12.15日工作面正常推進(jìn)期間，頂板自然垮落，直接頂無明顯冒落，工作面無片幫現(xiàn)象，工作面支架初撐力28MPa，工作阻力3300kN，均達(dá)到支架額定初撐力及阻力。這說明工作面頂板運(yùn)動(dòng)不明顯，頂板運(yùn)動(dòng)對(duì)支架阻力的影響小。

2.2 工作面機(jī)、風(fēng)巷頂板變化觀測(cè)

工作面機(jī)巷、風(fēng)巷通過斷面收縮觀測(cè)站，觀測(cè)巷道圍巖變化狀況，并通過安設(shè)頂板離層儀觀測(cè)巷道頂板離層情況。隨著工作面的逐漸推進(jìn)，每隔一天觀測(cè)一次，詳細(xì)觀測(cè)數(shù)據(jù)及巷道變形趨勢(shì)，見表2、表3、圖2、圖3。

以此看來，巷道頂?shù)装迮c兩幫移近量變化趨勢(shì)基本一致，即隨著工作面的推進(jìn)，頂?shù)装迮c兩幫的移近量均在逐步增加，距離煤壁越近，增加越大，20m范圍內(nèi)變形量較為明顯。

3 頂板控制措施

（1）工程技術(shù)人員要加強(qiáng)頂板壓力變化和來壓預(yù)兆分析，在頂板來壓時(shí)可以做到預(yù)先防范，加強(qiáng)支護(hù)，防止冒頂。

（2）要摸索和掌握來壓步距，在來壓前采取加強(qiáng)支護(hù)措施，在工作面回采時(shí)，盡量減少煤壁傘檐的長(zhǎng)度和寬度，防止出現(xiàn)片幫導(dǎo)致頂板嚴(yán)重垮冒，造成事故。

（3）防止采高超過設(shè)計(jì)要求，預(yù)防支架初撐力達(dá)不到規(guī)定要求而接頂不嚴(yán)密，造成頂板離層，在動(dòng)態(tài)應(yīng)力影響下發(fā)生冒頂。

（4）當(dāng)頂板及煤壁破碎時(shí)，減少采煤機(jī)的一次進(jìn)刀量，以提高牽引速度，實(shí)行淺截快跑，縮短工作面生產(chǎn)的循環(huán)時(shí)間，從而減少機(jī)道頂板裸露的面積和時(shí)間，降低頂板下沉量，使頂板壓力顯現(xiàn)均衡，避免片幫冒頂。

4 結(jié)論

（1）通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)及礦井以往超前支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，我礦采煤工作面機(jī)、風(fēng)巷超前支護(hù)距離20m能夠滿足支護(hù)要求。

（2）工作面在推進(jìn)過程中，超前應(yīng)力隨之變化；當(dāng)工作面慢速推進(jìn)或停滯時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，超前應(yīng)力峰值向工作面煤壁前方煤體移近，受超前應(yīng)力影響，煤壁片幫和冒頂嚴(yán)重，阻礙工作面正常推進(jìn)；當(dāng)工作面過快推進(jìn)時(shí)，超前應(yīng)力峰值向工作面煤壁靠近，形成應(yīng)力集中區(qū)域，容易引發(fā)煤與瓦斯等動(dòng)力災(zāi)害，誘發(fā)安全事故。

（3）結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，適當(dāng)加快工作面推進(jìn)速度，減少在同一位置的滯留時(shí)間，控制應(yīng)力超前；有利于保持工作面的穩(wěn)定性，充分發(fā)揮安全高效生產(chǎn)。

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]