12107工作面頂板管理方案及安全措施研究

要云海

（西山煤電集團礦業(yè)公司七分公司，山西 太原 030200）

1 工程概況

狼窩渠煤礦12107工作面安裝ZF13000/25/38T型液壓支架98架，ZTZ20000/27.5/42T型端頭支架和7架ZFG13000/27.5/42HT過渡支架，支架梁長5400mm，端面距小于等于340mm，工作面最小控頂距5740mm，最大控頂距6540mm。生產(chǎn)中采用及時移架支護方式，采煤機割過后，支架距后滾筒5m以外前移，移過后，將支架升緊升牢。

2 工作面內(nèi)頂板控制

2.1 工作面支護方式

該工作面主要是采用追機移架的方式對頂板進行及時支護，割煤—移架—移刮板輸送機，正常移架應(yīng)用帶壓移架方式，滯后采煤機滾筒3～5架，降柱量一般為100～200mm；頂板有裂隙時，采煤機割一架緊跟采煤機滾筒移一架支架；頂板破碎時采用超前移架方式，不等采煤機割煤，就進行移架縮小端面距控制頂板，再進行其他操作，工藝為移架—割煤—移刮板輸送機。采煤機割煤并移架后，及時伸出支架的伸縮梁護頂，并及時伸出護壁板。

2.2 工作面頂板控制要求

（1）工作面液壓支架初撐力不低于24MPa；液壓系統(tǒng)完好、不漏液。護幫板要及時護幫，不可用護幫板代替前梁使用。

（2）盡量減小機道空頂面積，工作面支架端面距不得超過340mm，工作面?zhèn)汩荛L度大于1m時，其最大突出部分不超過150mm；傘檐長度在1m及以下時，其最大突出部分不超過200mm。

（3）工作面液壓支架（支柱）編號管理，牌號清晰；支架前梁梁端至煤壁頂板垮落高度不大于300mm；工作面內(nèi)特殊支護齊全；如果局部懸頂和冒落不充分的，懸板面積大于2×5m2時，應(yīng)采取有效措施處理采空區(qū)懸板。

（4）采高控制在作業(yè)規(guī)程規(guī)定范圍內(nèi)，支架的活柱行程不小于200mm；人員靠近煤壁臨時作業(yè)時，必須架設(shè)可靠的臨時支護；工作面因頂板破碎，需要鋪設(shè)假頂時，及時制定相關(guān)措施。

3 端頭及超前支護

3.1 支護材料的選擇

工作面端頭及超前支護選用DW45-250/110X型單體支柱。

（1）單體支柱工作阻力

式中：

Rt-支柱額定工作阻力，kN；

K-支柱阻力影響系數(shù)。

（2）合理支護強度

式中：

Pt-合理的支護強度，kN/m2；

h-巷高，m；

γ-容重，kN/m3，一般可取25kN/m3；

k-單體支柱支護的上覆巖層垮落帶與巷高之比，一般為4～8。

支護密度：

式中：

n-合理的支護密度，根/ m2；

Pt-工作面合理支護強度，kN/m2；

Rt-支柱實際支撐能力，kN/根。

n=Pt/Rt=360/201=1.7 根 /m2。

根據(jù)合理的支護密度和實際情況確定超前支護形式為一梁三柱，柱距1m。

（3）單體柱支護強度的驗算

直接頂單位面積的壓力為：

式中：

Qz-直接頂單位面積最大壓力，kN/m2；

k-載荷不均勻系數(shù)；

γ-頂板巖石容重，kN/m3；

h-直接頂厚度，m。

Qz=kγh=1.1×25×3.1=85.25kN/m2。

單體柱額定支護強度：

式中：

Pmax-單體柱額定支護強度，kN/m2；

F-單體柱額定工作阻力，kN；

S-單體柱有效支護面積，m2。

由上述計算可知，所選單體柱支護強度Pmax≥Qz，滿足要求。

單體高度的選擇：根據(jù)巷高平均高度為3.6m，單體的最大支護為4.5m，所選單體支柱滿足開采的支護要求。

3.2 端頭及安全出口的管理

3.2.1 端頭支護方式與數(shù)量、柱排距與控制范圍

工作面頭端頭采用1架ZTZ20000/27.5/42T型（兩架一組）端頭液壓支架支護頂板，穩(wěn)裝在距煤柱幫0.8～2.65m之間；尾端頭采用ZFG13000/27.5/42HT型過渡液壓支架支設(shè)巷道寬度的一半及以上，尾端頭支護的單體采用一梁一柱，梁采用1.2m的鉸接梁；當(dāng)工作面液壓支架到煤柱幫之間的距離超過0.8m時，應(yīng)支設(shè)單體支柱，每增加0.6m，增加1排單體支柱，柱間距為1m，排距為0.6m。當(dāng)遇有地質(zhì)構(gòu)造、頂板破碎、礦壓顯現(xiàn)強烈等現(xiàn)象時，柱距應(yīng)變更為0.8m，排距為0.4m，若仍不能滿足支護強度應(yīng)根據(jù)實際情況縮小柱距、排距，使其滿足支護要求。

3.2.2 支設(shè)質(zhì)量要求

（1）所支鋼梁垂直于巷道方向，所有單體柱的初撐力達132.3kN及以上，要求端頭的單體支柱的支護與超前支護相接，采空側(cè)與切頂線支齊。所支單體必須有防倒、防墜裝置，防倒裝置采用剛性連接。

（2）端頭支護時，要求支護結(jié)構(gòu)合理，鋼梁接實頂板，支護有效。支護時，必須把轉(zhuǎn)載機、刮板輸送機的按鈕全部閉鎖，開關(guān)打到“零”位。單體柱必須支在硬底上。

（3）兩端頭直角煤體由于受采動影響，采動裂隙不斷形成，在采煤機割通該處實煤后，要根據(jù)實際情況決定提前加強該處頂板的維護，支護時要充分利用端頭支護、長方木、單體柱加以維護。

（4）超前50m范圍內(nèi)每班設(shè)專人進行清理維護，巷道支護完好無失效，無自降支柱，并上好防倒和防墜裝置，無片幫、無浮矸浮煤堆積，嚴(yán)禁堆放任何閑置費舊物品和設(shè)備。

3.2.3 關(guān)門柱位置及要求

工作面上下端頭應(yīng)支設(shè)關(guān)門柱(柱距不大于0.5m)，掛網(wǎng)(網(wǎng)應(yīng)采用易于伸縮的尼龍網(wǎng)，高度不小于1.5m，寬度從支架側(cè)到煤柱幫)，并掛牌標(biāo)明：“嚴(yán)禁進入采空區(qū)”（牌版尺寸：高0.3m，寬0.4m），支設(shè)位置在后刮板運輸機電機后0.05m處。

3.3 超前支護

3.3.1 超前支護方式、數(shù)量、柱排距及控制范圍

（1）10704巷超前支護。超前支護范圍為工作面煤壁線向外30m超前加強支護，10704巷的支護為錨桿錨索聯(lián)合支護，超前支護采用一梁三柱支護形式，單體分別支設(shè)在“π”型梁兩端，梁長4.9m，梁距為1.0m，梁兩端距煤幫各0.3m，靠小幫側(cè)單體距小幫0.4m，靠工作面?zhèn)葐误w距工作面0.6m，靠工作面?zhèn)葐误w距中間單體1m，靠小幫側(cè)單體距中間單體3.5m。

（2）14704巷超前支護。超前支護范圍為工作面煤壁線向外50m超前加強支護，14704巷的支護為錨桿錨索聯(lián)合支護，超前支護采用一梁三柱支護形式，單體分別支設(shè)“π”型梁兩端及中間，梁長4.4m，梁距為1.0m， 梁兩端距煤幫各0.3m，靠小幫側(cè)單體距小幫0.7m，靠工作面?zhèn)葐误w距工作面0.7m，靠工作面?zhèn)葐误w距中間單體1.2m，靠小幫側(cè)單體距中間單體2.4m。

3.3.2 支設(shè)與支護質(zhì)量要求

（1）所有單體必須上齊防倒、防墜裝置，并編號管理，防倒裝置采用鋼性連接，并編號管理，連接位置應(yīng)在支柱支設(shè)高度的2/3處，不超過活體柱，伸縮距離不小于0.2m；防墜裝置采用抱箍彈簧扣式剛性連接，鋼梁與支柱活柱連接緊密，同時升降。保持在同一個高度，且單體支柱三用閥方向一致，閥端指向古塘。

（2）回撤超前支柱時，專人觀察頂板及周邊情況，不得留有閑雜人員，確認(rèn)安全后，方可回柱。回柱時，由一人先將“一梁三柱”中間單體柱防墜裝置取下并扶好，另一人用專用放液手把放液，單體柱放液后，把防倒裝置取下由兩人協(xié)同把單體抬到指定地點備用，待4人到齊后再分別回兩邊的單體支柱。

（3）其中兩人先扶好一側(cè)的單體支柱，一人放液。當(dāng)一側(cè)單體柱降到一定的高度時，另一人拿穩(wěn)π型梁，放液的人員把防倒、防墜裝置取下后，扶支柱的兩人把單體抬到指定地點后再用同樣的方法放另一側(cè)的單體柱，最好兩人合力把π型梁抬到指定地點。

（4）在10704巷和14704巷支設(shè)超前時，必須有專人指揮，四人一起操作。在10704巷支設(shè)超前支護時，四人先將π型梁抬到支設(shè)地點放在轉(zhuǎn)載機上面，再將單體抬到位。先由一人站在轉(zhuǎn)載機上面拿穩(wěn)π型梁放在單體柱頭上，上好防墜裝置后再由另一人給液將單體柱升緊。按同樣的工序再將另一側(cè)的單體柱支好后，再將中間的單體柱支好并上好防墜裝置，最后補齊所缺的防倒裝置。在支設(shè)超前支護時，必須停止轉(zhuǎn)載機并將轉(zhuǎn)載機閉鎖，以防別人誤開。

（5）回柱時，要注意先檢查頂幫的安全狀況，找好退路，在頂板破碎的情況下要支設(shè)替柱，并要遠(yuǎn)距離操作，嚴(yán)禁支柱與回柱平行作業(yè)。

（6）堅持敲幫問頂制度，回梁前要將零皮、活煤、矸石處理掉。兩巷的錨桿、錨索、預(yù)應(yīng)力鋼帶，必須及時回收，回收范圍為煤壁向外2m處。工作面頭尾超前支護執(zhí)行掛牌管理制度，牌版應(yīng)說明超前支護單體支柱和花邊型鋼梁的型號、數(shù)量，超前支護的柱距、排距、長度。

4 結(jié)語

從工作面頂板控制和端頭及超前支護的頂板管理三個方面，對12107工作面的頂板管理進行了方案設(shè)計，制定相應(yīng)的安全措施，實踐應(yīng)用效果證明該設(shè)計方案是合理、可行的，保障了12107工作面的開采安全。