煤礦綜采工作面頂板支護(hù)管理研究

張中雨 馮屯生

（潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046100）

頂板事故是嚴(yán)重威脅煤礦生產(chǎn)安全的重要問題之一。對(duì)于當(dāng)前廣泛采用的工作面機(jī)械化綜采技術(shù)，隨著工作面回采作業(yè)的不斷推進(jìn)，工作面前方的頂板巖體逐漸出現(xiàn)懸伸、下沉、斷裂、塌落等現(xiàn)象，巖體結(jié)構(gòu)、應(yīng)力和平衡狀態(tài)在此過程中不斷發(fā)生變化。如果不及時(shí)對(duì)頂板進(jìn)行合理、有效的支護(hù)，巖層的不穩(wěn)定狀態(tài)將對(duì)下方的采掘作業(yè)人員造成極大的安全隱患，甚至引發(fā)頂板事故。另一方面，為保證企業(yè)生產(chǎn)效率，避免因頂板嚴(yán)重變形造成的采掘工作推延或停滯，還應(yīng)做好頂板支護(hù)的管理工作，確保在整個(gè)回采過程中巷道的穩(wěn)定性和安全性，為回采作業(yè)創(chuàng)造良好條件。針對(duì)這一問題，本文將以小常礦3402 工作面為例，對(duì)其頂板支護(hù)和管理實(shí)踐進(jìn)行研究，為相關(guān)應(yīng)對(duì)方案的制定提供參考[1-3]。

1 工作面及頂板概況

小常礦3402 工作面采用U 型布置，其中運(yùn)輸順槽長(zhǎng)度1360 m，回風(fēng)順槽長(zhǎng)度1360 m，工作面切眼162 m，煤層厚度6.88 m，容重1.38 t/m3，回收率為95%。

如表1 所示，工作面直接頂以砂質(zhì)泥巖為主，厚度1.55 m，薄層狀，頁(yè)理發(fā)育。按頂板的堅(jiān)硬程度、穩(wěn)定程度及對(duì)工作面礦壓影響程度分，直接頂為Ⅱ類中等穩(wěn)定頂板。基本頂為砂巖，厚度為12.193 m，中厚層狀，均勻?qū)永恚瑢佗蚣?jí)頂板，基本頂來壓明顯。

表1 工作面圍巖巖性分析

2 工作面支護(hù)相關(guān)計(jì)算

當(dāng)前綜采工作面的支護(hù)多采用液壓支架對(duì)頂板進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。為保證形成有效支護(hù)，需對(duì)支護(hù)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)計(jì)算[4-5]。

2.1 礦壓參數(shù)計(jì)算

（1）當(dāng)煤層被開采后，直接頂呈懸臂梁狀態(tài)，能懸露一定時(shí)間，隨著支架的前移，能夠順利垮落。根據(jù)已采周邊工作面情況，直接頂初次垮落步距約為30～40 m，垮落巖塊充填采空區(qū)高度小于煤層采高。當(dāng)直接頂垮落后，基本頂懸露一定距離后呈周期性斷裂下沉，其作用力主要作用在前方煤壁上和采空區(qū)直接頂垮落巖石上，只有少部分作用力通過直接頂作用于支架上?；卷敵醮慰迓洳骄嗉s為60～80 m，周期來壓步距為20～30 m，周邊工作面回采期間采場(chǎng)最大壓強(qiáng)547 kN/m2。

（2）液壓支架主要支撐直接頂自重。在周期來壓期間，基本頂?shù)牟糠肿饔昧νㄟ^直接頂作用于支架上，其合力一般按6～8 倍采高的頂板巖石重量計(jì)算。采場(chǎng)對(duì)支架的最大壓強(qiáng)計(jì)算如下：

式中：n 為頂板重量系數(shù)，一般取6～8，本次計(jì)算取n=8；r 為頂板巖石容重，取r=2500 kg/m3；g 為重力加速度，g=9.8 N/kg；H 為工作面采高，H=3.2 m。

采場(chǎng)對(duì)支架最大壓強(qiáng)：

P=627.2 kN/m2=0.627 2 MPa

2.2 液壓支架支撐強(qiáng)度校驗(yàn)

根據(jù)工作面頂?shù)装鍘r性及煤層厚度、采高等條件，本工作面選用鄭州煤礦機(jī)械公司生產(chǎn)的放頂煤支架及其相配套的過渡支架。工作面分別布置ZFG6500/20/35 型過渡支架3 架，ZF5600/17/35D 型中間架104 架，ZFG6500/20/35 型過渡支架3 架，共計(jì)110 架。ZF5600/17/35D 型中間架的主要技術(shù)參數(shù)如表2 所示。

表2 ZFG6500/20/35 液壓支架性能參數(shù)

（1）支架工作阻力校驗(yàn)

采場(chǎng)頂板對(duì)單個(gè)支架的最大壓力F 計(jì)算如下：

式中：P 為采場(chǎng)對(duì)支架的最大壓強(qiáng)，由式（1）得P=627.2 kN/m2；A 為支架中心距，A=1.5 m；L1為支架頂梁長(zhǎng)，L1=2.9 m；L2為支架前梁長(zhǎng)，L2=1.6 m。

由上計(jì)算可得，采場(chǎng)頂板對(duì)單個(gè)支架的最大壓力F=4233.6 kN，小于液壓支架的支護(hù)工作阻力5600 kN，因此支架工作阻力滿足使用要求。

（2）支架初撐力校驗(yàn)

按支架工作阻力的80%計(jì)算，支架需提供的初撐力應(yīng)大于0.8F=3 386.9 kN。由表2 可知支架的支護(hù)初撐力為5236 kN，大于3 386.9 kN，因此支架初撐力滿足要求。

（3）支護(hù)強(qiáng)度校驗(yàn)

由以上計(jì)算可知，采場(chǎng)對(duì)支架的最大壓強(qiáng)P=0.627 2 MPa，然而表2 中該支架支護(hù)強(qiáng)度為0.74 MPa，大于采場(chǎng)對(duì)支架的最大壓強(qiáng)，因此支架的支護(hù)強(qiáng)度滿足要求。

綜上可知，ZF5600/17/35D 型低位放頂煤液壓支架能滿足該工作面頂板支護(hù)要求。

2.3 控頂距計(jì)算

圖1 液壓支架控頂距

隨著采煤工作面逐漸推進(jìn)，液壓支架不斷前移，懸伸的頂板自行垮落，充填采空區(qū)。如圖1 所示，ZF5600/17/35D 型液壓支架的最大和最小控頂距計(jì)算如下：

最大控頂距Lmax計(jì)算公式：

式中：L3為支架端面距，L3=0.26 m；LD為采煤機(jī)的截割深度，LD=0.8 m。

因此，最大控頂距Lmax=5.56 m。

最小控頂距Lmin計(jì)算公式：

因此，最小控頂距Lmin=4.76 m。

項(xiàng)目4：經(jīng)濟(jì)活動(dòng)財(cái)務(wù)管理內(nèi)部控制制度的構(gòu)建，通過對(duì)財(cái)務(wù)規(guī)章制度和管理細(xì)則的梳理，對(duì)國(guó)家、省相關(guān)的制度和要求進(jìn)行全面的收集和整理，在財(cái)務(wù)信息系統(tǒng)中嵌入與內(nèi)控相關(guān)的各項(xiàng)法律法規(guī)，建立財(cái)務(wù)法規(guī)制度庫(kù)。

3 工作面液壓支架支護(hù)質(zhì)量要求

為保證在回采過程中形成有效支護(hù)，根據(jù)綜采工作面情況，對(duì)液壓支架提出以下支護(hù)質(zhì)量要求：

（1）現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)支架初撐力時(shí)，支架立柱柱底機(jī)械壓力表顯示數(shù)值應(yīng)不低于24 MPa，支架控制器數(shù)字顯示數(shù)值應(yīng)不低于240 bar。

（2）支架頂梁與頂板平行支設(shè)，接頂嚴(yán)密，最大仰俯角不超過±7°。當(dāng)支架移成一條直線時(shí)，50 m 拉線其偏差不得超過±50 mm。

（3）相鄰支架間不擠、不咬，架間間隙小于200 mm，不能有明顯錯(cuò)差。

（4）中間支架放煤口插板與后刮板輸送機(jī)溜槽外邊沿橫向距離不小于300 mm，垂直高度不小于500 mm。

4 工作面頂板管理

在綜采工作面有效的支護(hù)基礎(chǔ)上，還應(yīng)對(duì)頂板進(jìn)行科學(xué)管理，以提高支護(hù)質(zhì)量，降低巷道和圍巖變形風(fēng)險(xiǎn)，具體措施如下：

（2）及時(shí)進(jìn)行設(shè)備和技術(shù)升級(jí)。一方面，對(duì)于老舊、損壞的支護(hù)設(shè)備應(yīng)及時(shí)進(jìn)行更換和改進(jìn)，避免設(shè)備“帶病”作業(yè)，同時(shí)，應(yīng)積極引進(jìn)技術(shù)更加先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備，提高工作面的支護(hù)效率和質(zhì)量，降低事故發(fā)生概率；另一方面，應(yīng)注重工藝技術(shù)升級(jí)，通過分析以往的頂板事故，找出落后和不合理的工藝步驟，逐步改進(jìn)，同時(shí)，應(yīng)注重學(xué)習(xí)和應(yīng)用先進(jìn)的工藝措施，提高支護(hù)質(zhì)量。

（3）完善措施體系，加強(qiáng)安全管理。通過建立風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控體系等，全面辨識(shí)頂板管理中的有害因素，并定性或定量地對(duì)其危險(xiǎn)程度進(jìn)行評(píng)估，確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和管控措施，切斷風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)殡[患的鏈條，防范事故的發(fā)生。對(duì)于無法立即治理的危險(xiǎn)隱患，應(yīng)安排專人進(jìn)行情況跟蹤，直至隱患排除。

（4）強(qiáng)化教育，深入培訓(xùn)。一方面，對(duì)于相關(guān)井下人員，應(yīng)形成制度化的培訓(xùn)機(jī)制，尤其是頂板支護(hù)和管理技術(shù)，還應(yīng)對(duì)培訓(xùn)情況進(jìn)行考核，考核合格者發(fā)放上崗證，否則仍需接受培訓(xùn)；另一方面，對(duì)于當(dāng)前工作面的作業(yè)流程，應(yīng)在開工前做好技術(shù)交底，保證參與人員清楚作業(yè)內(nèi)容和流程，并在此過程中強(qiáng)化頂板安全管理理念，由此全面提高工作面頂板的管理水平。

5 結(jié)論

本文以小常礦3402 工作面選用的ZF5600/17/35D 型液壓支架為例，針對(duì)綜采工作面頂板的支護(hù)和管理問題進(jìn)行研究得知：

（1）工作阻力5600 kN 大于采場(chǎng)頂板對(duì)單個(gè)支架的最大壓力4 233.6 kN；

（2）支架的支護(hù)初撐力為5236 kN，大于需提供的初撐力0.8F=3 386.9 kN；

（3）支架的支護(hù)強(qiáng)度0.74 MPa 大于采場(chǎng)對(duì)支架的最大壓強(qiáng)0.627 2 MPa；

因此ZF5600/17/35D 型液壓支架滿足使用要求，所做工作為今后類似研究提供借鑒。