復(fù)雜情況下綜采工作面端頭頂板管理研究

冀瑞鋒　劉旭東

摘 要：以內(nèi)蒙古某私人老煤礦A02工作面為研究對象，針對工作面排頭壓力明顯；頂板破碎、漏頂片幫現(xiàn)象嚴重；排頭支架下滑、傾斜倒架；端頭支架與巷道下幫扛住，下出口不暢通，工作面推進速度緩慢等問題，研究制定針對性措施。采取工作面機頭、機尾錨網(wǎng)索支護；工作面兩巷打設(shè)錨索桁架加強支護，工作面兩巷打設(shè)“一梁三柱”進行超前支護；三角區(qū)域及頂板破碎處打設(shè)肩窩錨索、注馬麗散加固頂板；排頭10架范圍內(nèi)不放煤等措施，徹底解決了工作面頂板管理遇到的問題，針對松軟破碎煤層、頂板壓力端頭集中顯現(xiàn)的工作面，提供了一套切實可行的端頭頂板管理方法。

關(guān)鍵詞：綜采工作面；端頭；頂板管理；錨索；金屬網(wǎng)；破碎

中圖分類號：TD327 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）16-0184-02

1 前言

內(nèi)蒙古某老礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)桌子山煤田的西翼，行政區(qū)劃屬烏海市管轄，其走向長3.23Km，寬1.76Km，面積約5.6848Km2。1961年開始建井，1966年5月投產(chǎn)，經(jīng)多次技術(shù)改造，2006年生產(chǎn)能力核定100萬噸。礦井采用斜立井混合開拓方式，單一水平分區(qū)式開采，開采煤種為1/3焦煤，主采煤層為16#層；礦井采用混合抽出式通風(fēng)方式，布置兩個綜放工作面，三個掘進工作面。

2 A02工作面介紹

A02工作面位于北三采區(qū)16#運輸下山右翼，采16#-4煤，煤層傾角5-30°，平均傾角16°，傾斜長280m，走向長度為1370m，煤層平均厚度8.5m。工作面采用走向長壁綜合機械化放頂煤開采方法，全部垮落法管理頂板，機采高度3m，放頂煤高度5.5m，采放比1：1.66，循環(huán)進度0.6m。

A02工作面運輸順槽和回風(fēng)順槽均沿16#煤層走向布置、沿16#-4煤層底板掘進，運輸順槽支護方式為錨桿+錨索聯(lián)合支護，回風(fēng)順槽支護為錨網(wǎng)+U棚支護，工作面（切眼）呈傾向布置，沿走向推進。A02運輸順槽巷道凈寬5m、凈高3.5m，用于工作面進風(fēng)、運煤和運料；A02回風(fēng)順槽巷道凈寬4m，凈高3m，用于工作面回風(fēng)和運料；工作面切眼凈寬8m，凈高3.2m。A02工作面于2011年10月開始進行回采，因工作面煤層松軟、頂板破碎，工作面推進速度緩慢，截止2017年6月工作面僅推進975m。工作面機頭、機尾頂板破碎、漏渣現(xiàn)象嚴重，工作面機頭、機尾多次出現(xiàn)支架下滑、倒架現(xiàn)象，長期嚴重制約工作面正常推進[1]。

3 原因分析

3.1 工作面煤層裂隙發(fā)育，煤層松軟、破碎，偽頂完整性差

（1）煤層頂、底板情況：基本頂為細砂巖，厚度0.84m，完整性較好。直接頂為炭頁巖，厚度1.A02m，完整性較差。偽頂炭質(zhì)頁巖，厚度0.4m，完整性差。工作面?zhèn)雾?、直接頂完整性差，工作面頂板破碎、漏頂。?）A02工作面開采16#煤層，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含3-4層夾矸，煤層結(jié)構(gòu)：3（0.3）0.5（0.3） 0.5（0.1）0.6（0.2、0.2）1.3（0.2）1.6。 煤層可采指數(shù)為1，變異系數(shù)15%，煤層松軟。煤層4.5-5.5m為裂隙發(fā)育區(qū)域，該區(qū)域煤層破碎，完整性極差。

3.2 運輸順槽、回風(fēng)順槽頂板支護的錨索錨固區(qū)域處于采動影響區(qū)域

A02工作面開采過程中運輸順槽、回風(fēng)順槽頂板下沉現(xiàn)象明顯，支架壓力明顯，排頭支架處片幫、漏頂現(xiàn)象明顯，排頭支架、端頭支架拉移困難，工作面推進速度緩慢。排頭支架因漏頂造成支架接頂不嚴密，支架下滑、傾斜倒架，造成端頭支架與運輸順槽下幫“扛死”。

礦井邀請中國礦業(yè)大學(xué)對A02工作面進行煤層發(fā)育情況探測，通過探測得知工作面煤層4.5-5.5m范圍為破碎帶，工作面采動影響區(qū)域為支架頂板上方8m范圍。

A02運輸順槽、回風(fēng)順槽掘進施工時采用Φ21.8mm×8300錨索，錨固區(qū)域為采動影響區(qū)域。隨著回采作業(yè)，錨索錨固區(qū)域受采動影響發(fā)生沉降，錨索起不到設(shè)計的頂板懸吊作用，造成運輸順槽、回風(fēng)順槽頂板沉降明顯，工作面端頭區(qū)域應(yīng)力集中。

3.3 工作面支架服務(wù)年限過長，初撐力達不到設(shè)計要求

A02工作面于2011年10月開始回采，截止2017年支架服務(wù)年限已長達6年之久，加之工作面因防滅火需要進行封閉、注液氮，造成工作面支架銹蝕現(xiàn)象嚴重，工作面大立柱卸液、漏液現(xiàn)象極其嚴重，工作面支架初撐力達不到設(shè)計要求。

3.4 兩巷超前支護強度不足

A02工作面運輸順槽、回風(fēng)順槽打設(shè)帶帽單體液壓支柱進行超前支護，大帽支撐面積小，起不到應(yīng)有作用?；夭蛇^程中，單體液壓支柱出現(xiàn)卸液、漏液和懸空現(xiàn)象，超前支護質(zhì)量差。

3.5 工作面推進緩慢，周期來壓步距變短，周期來壓應(yīng)力疊加

工作面正常來壓步距為25-30m，因工作面推進緩慢，周期來壓步距縮短至8-10m。開采過程中上一周期來壓影響范圍還未回采完畢，下一周期來壓已經(jīng)開始顯現(xiàn)，造成周期來壓應(yīng)力疊加。工作面端頭為交叉地點，多重應(yīng)力疊加，造成頂板、煤壁極度破碎。

4 采取的針對性措施

4.1 工作面機頭、機尾錨網(wǎng)索支護

（1）機頭頂板壓力大，頂板極度破碎，機頭采取金屬網(wǎng)+錨索+W鋼帶聯(lián)合支護方式。工作面每推進一個循環(huán)，機頭1-6#支架范圍內(nèi)鋪設(shè)雙層菱形金屬網(wǎng)，打設(shè)錨索，錨索間距1.5m，排距0.6m。架前打設(shè)3.6mW鋼帶2根，鋼帶沿工作面傾向布置，排距0.6m，每根W鋼帶上布置3個錨索眼，打設(shè)錨索固定W鋼帶，如圖1、圖2所示。（2）機尾采取金屬網(wǎng)+錨索加強支護。工作面每推進一個循環(huán)，機尾鋪設(shè)雙層金屬網(wǎng)，頂板破碎處補打錨索加強支護。

4.2 工作面超前支護

（1）A02運輸順槽超前20m范圍內(nèi)打設(shè)“一梁三柱”，單體液壓支柱打設(shè)在轉(zhuǎn)載機兩側(cè)，轉(zhuǎn)載機上幫打設(shè)一排、下幫打設(shè)兩排，上幫單體液壓支柱距煤幫0.6m，下幫第二排單體液壓支柱緊靠轉(zhuǎn)載機打設(shè)，第三排單體液壓支柱與第二排單體液壓支柱間距1.1m，排距1m。（2）回風(fēng)順槽超前支護：回風(fēng)順槽超前20m范圍內(nèi)打設(shè)一梁三柱，上、下幫各設(shè)置一排，巷道中心設(shè)置一排，單體支柱間距1m，排距1m。（3）回風(fēng)順槽煤層傾角達30°，回風(fēng)順槽為穿層巷道，回風(fēng)順槽上幫2m處為煤層交界處，壓力明顯。為加強回風(fēng)順槽超前支護，在回風(fēng)順槽距工作面8米范圍內(nèi)倒置一部ZF6800/18/35型放頂煤支架進行頂板支護，該部支架前探梁與187#支架對齊，尾梁朝工作面推進方向。（4）運輸順槽、回風(fēng)順槽超前支護段提前打設(shè)提前打設(shè)錨索桁架。錨索桁架排距為1m，錨索規(guī)格選用Φ21.8×10300mm鋼絞線錨索。運輸順槽選用3.1m工字鋼，每架桁架打設(shè)3根錨索，錨索間距1.2m；回風(fēng)順槽選用2.4m工字鋼，每架桁架打設(shè)2根錨索，錨索間距1.8m。

4.3 三角區(qū)域及頂板破碎處加強支護

（1）在運輸順槽上幫、回風(fēng)順槽下幫肩窩處打設(shè)點錨索，點錨索與巷道輪廓線垂直，錨索選用Φ21.8×10300mm錨索，錨索間距1m。（2）工作面超前支護段頂板破碎、三角區(qū)域處、回風(fēng)順槽上幫煤巖交界處、工作面頂板破碎處，根據(jù)工作面現(xiàn)場情況布置馬麗散鉆孔注馬麗散加固頂幫。（3）工作面排頭10架范圍內(nèi)不進行放煤作業(yè)已保證頂板的完整性[2]。

5 取得的成果

通過采取鋪設(shè)金屬網(wǎng)、打設(shè)錨索及錨索桁架等支護措施，配合注馬麗散使破碎區(qū)域煤巖形成整體，通過錨網(wǎng)索懸吊作用徹底控制住機頭、機尾、三角區(qū)域、破碎區(qū)域頂板，徹底解決了工作面頂板破碎、漏矸漏渣等問題。

（1）在30天內(nèi)完成了工作面機頭、機尾擺架、扶架工作，解決了工作面支架“屢倒屢扶、屢扶屢倒”問題，徹底杜絕了支架下竄、倒架現(xiàn)象的再次出現(xiàn)，工作面機頭、機尾頂板完整。（2）解決了工作面下出口長期不暢通問題，解決了該工作面碰手碰腳事故頻發(fā)問題、礦井安全生產(chǎn)艱難局面。（3）工作面推進速度由月推進度不足10m提升到月推進度35m，推進速度提升437.5%，工作面壓力因推進速度快逐步“甩”至老塘，工作面進入良性循環(huán)狀態(tài)，并于2018年5月完成工作面回撤通道施工工作。（4）工作面材料成本由131.7元/噸縮減至36.9元/噸，材料費縮減72%，工作面縮減材料費高達3600萬元。

6 結(jié)語

目前國內(nèi)采用走向長壁綜合機械化放頂煤開采方法的工作面大量存在，針對松軟煤層煤層、壓力顯現(xiàn)明顯的礦井，端頭頂板管理困難成為影響制約工作面正常推進的突出問題。煤巖交界處頂板壓力大、頂板沉降明顯、頂板破碎、支架傾斜等問題大量存在，如何以最小的成本控制住端頭頂板是綜采工作者研究的問題[3]。

機頭、機尾鋪設(shè)雙層金屬網(wǎng)，打設(shè)錨索，配合W鋼帶加強支護；兩巷提前打設(shè)錨索桁架加強支護，打設(shè)一梁三柱進行超前支護；機頭、機尾10架范圍內(nèi)不放煤；三角煤區(qū)域打設(shè)肩窩錨索，并提前注馬麗散加固頂幫形成煤巖凝固體，多種措施能有效控制住工作面端頭頂板，保證工作面快速、高效推進，成為我們摸索出的一條經(jīng)濟、高效、安全的綜放工作面端頭頂板管理辦法。

參考文獻

[1]葛勝文.復(fù)雜地質(zhì)條件下綜采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究[J].煤炭工程，2007，（1）：64-66.

[2]陳炎光，錢鳴高.中國煤炭采場煤巖控制[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1994：1-105.

[3]臧傳偉，樊克恭，李仲輝.綜放工工作面端頭頂板穩(wěn)定性控制及放煤技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2014：1-189.