论综采工作面残煤开采顶板控制与管理

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论综采工作面残煤开采顶板控制与管理
为了解决西安煤业公司综采工作面残采过程中顶板控制难度大的问题,通过理论分析影响采煤工作面冒顶事故的各个因素,在此基础上采取相应的控制技术,加强了顶板控制,降低了冒顶事故,最终实现了煤矿的安全高效开采,并为类似条件下的顶板控制与管理积累了宝贵的经验。

标签:
破碎顶板;端面距;推进速度;初撑力
1西安煤业公司概况
西安煤业公司位于吉林省辽源市西安区。

矿区有运煤专用铁路与辽源站相连,并可通过贯穿市区的四梅公路,铁路和辽营公路通往全国各地,交通位置十分便利。

西安煤业公司现主采煤层为下煤,该煤层层理、节理较发育,结构复杂;煤层顶板为白色粉砂岩和砂质页岩互层,易破碎,稳定性差;煤层底板为凝灰岩或安山质砂岩。

西安矿于1955年建成投产,经近50多年的开采已无原始煤层,现全面进入残煤复采阶段。

残煤复采工作面煤帮及顶板受多次采动影响破碎易冒顶,因此综采工作面顶板控制的关键是端面顶板的维护与控制,因为端面顶板基本属无支护区,是工作面顶板控制的最薄弱环节,找出控制方法对安全生产有重大意义。

2端面冒顶的因素
2.1地质因素
煤与围岩的强度、节理、裂隙、断层、褶曲等地质构造是影响顶板稳定与否的内因;通常煤、岩层强度低,层理、裂隙发育,断层构造带是造成顶板岩层破碎易冒的重要因素。

随工作面开采,煤层与围岩相对稳定的力学结构遭到破坏,顶板岩层应力通过煤层释放给底板岩层,若煤层强度低、易碎,顶板岩层应力无法或完全释放到底板岩层中,从而导致顶板破碎。

岩层的层理、裂隙是决定岩体强度的重要特征,层理、裂隙越发育,岩性越弱,强度越低,顶板岩层也越易冒落。

断层、褶曲等地质构造带易造成顶板破碎、易冒,构造带与工作面夹角越小,揭露破碎带越宽,对工作面产生冒顶的影响也越大,断层落差越大;附近涨性构造裂隙越发达,岩性越松软,冒顶可能性也越大。

旧巷、采迹破坏煤层原始应力分布状态,煤层破碎也极易造成工作面冒顶。

2.2端面距
若冒落程度用冒落范围占工作面总长的百分比表示,端面距越大,冒落程度随之增加。

但有的工作面梁端距近为零,仍发生不少冒顶,这说明端面距不是影响顶板冒落的唯一因素,它受诸多因素影响。

端面距与冒落程度的关系如图1
所示。

图1端面距S与冒落程度M的关系
2.3工作面推进速度
顶板冒落程度与工作面推进速度有直接关系,工作面推进速度增加,工作面支护速度也加快,减少了煤与围岩的变形,减少了工作面冒顶。

综采工作面平均
日推进小于10m,端面顶板极难控制,冒顶事故经常发生,平均日推进达到
2.0m以上时,工作面冒顶事故基本杜绝。

工作面推进速度越快冒落程度越小。

推进速度与冒落程度的关系如图2所示。

2.4支架初撑力
平均支护强度与冒落程度大致呈双曲线关系,其关系如图3所示。

且明显变
化区间在250~300Pα之间,低于此阻力端面冒落急剧增加,高于此阻力,对端面冒顶的影响不大,如把支架平均支护强度控制在250~300Pα,就会减少
端面冒顶。

要保证支架的支护强度首先要确定支架初撑力,但实测表明,支架初撑力合格率平均只有70%左右,其主要原因:(1)支架供液时间短,多支架同时供液;(2)泵站压力不足,阀及管路泄漏;(3)支架立柱、前梁千斤顶窜液;(4)支架上有浮煤、浮矸;(5)工作面底板松软;(6)泵站流量小,主管路内径细,供液不足。

2.5支护状态
运输机上窜下滑,支架不再垂直工作面,支架间呈台阶错茬,影响了支架支护状态;有时支架各立柱升柱不平衡,造成顶梁歪斜,不能平行支护顶板,形成顶梁与顶板线接触;有时出现歪架、咬架,调架不及时等,都会降低支架支护质量,导致顶板事故发生。

3破碎顶板的控制
3.1支架选型
煤层顶板不稳定,工作面尽量选择前梁具有伸缩性能的支架,采煤机通过后立即前移支架,支护刚暴露顶板时,伸出伸缩梁,最大限度缩小端面距。

若煤壁折帮,可在采煤机割煤前拉架,将支架前梁移至煤帮,即超前支护,在破碎顶板管理中也极为有效。

3.2顶板铺金属网
破碎顶板在进人顶梁上方时已很破碎,且在顶梁上方形成厚度不等的浮矸层,移架时,浮矸从架间及端面漏下,也可造成端面冒顶扩大;铺顶网能使破碎顶板形成一个整体,达到改善顶板之功效。

顶网一般铺双层,这对顶板管理有以下好处:(1)防止架间、端面漏矸,改善顶梁与顶板的接触状态;(2)有利于提高平均支护强度及围岩刚度;(3)有利于防止煤壁片帮,减少片帮深度。

3.3带压擦顶移架
当采用正常操作程序降架移架,很难保持破碎顶板的完整性时,应采取带压擦顶移架。

移架时,先启动推拉千斤顶,再逐渐卸载,使梁与顶板保持一定的支撑阻力,带压前移。

这样顶板不会出现明显松动,可有效控制顶板。

3.4安设初撑力保证阀
人工操作移架时,为提高移架速度,常因供液时间短,支架初撑力达不到额定初撑力。

安设初撑力保证阀后,即使松开操作手把,支架仍可继续增压,直到达到额定初撑力后,才停止供液。

4结语
西安煤业公司自残煤后采用综采以来,由于采取了各项控制措施,同时要求每个采区每日的开帮推进度达到15m以上,顶板管理状况得到了改善,冒顶
事故得到了有效的遏制,降低了综采工作面在破碎顶板条件下的冒顶事故,实现了煤矿安全高效生产。

参考文献
[1]樊运策.综合机械化放顶煤开采技术[M].北京:煤炭工业出版社,2003.
[2]陈炎光,钱鸣高.中国煤矿采场围岩控制[M].徐州:中国矿业大学出版社,1994.。

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