综采工作面过上覆煤柱技术及其安全管理

综采工作面过上覆煤柱技术及其安全管理
张帅
【期刊名称】《《陕西煤炭》》
【年(卷),期】2019(038)005
【总页数】4页(P147-150)
【关键词】综采工作面; 煤柱; 顶板; 冒顶
【作者】张帅
【作者单位】大同煤矿集团有限责任公司四台矿山西大同037000
【正文语种】中文
【中图分类】TD823
0 引言
煤柱在煤矿生产过程中，经常给综采工作面正常生产带来阻碍，主要表现在上覆煤柱区致使工作面顶板压力增大[1-3]，工作面顶板破碎，煤壁片帮严重，甚至还会
出现局部漏顶现象，阻碍工作面的正常生产。

因此，对上覆煤柱进行分析研究并提出具有可行性的过煤柱方案，对煤矿安全生产很有必要。

1 工作面概况
12#层307盘区8739工作面北起12#层307盘区巷，东面为12#层8741面，
西面为12#层8737面。

地层大致呈一单斜构造。

井田内构造受区域应力场所制约，其表现形式为以小型褶皱构造为主，伴有断裂构造及煤层陷落柱。

井田断裂构造有
北东、西南向2条，均为倾角较陡的正断层，落差分别为25 m和9 m，长度900～1 850 m，受这些较大断裂影响，还发育有较多的次级小断层。

这些断层多为导水断层。

井田中发现陷落柱有3个，在平面上呈点式陷落，没有延长，大者
长轴550 m，短轴300 m，面积约165 000 km2，落差约100～120 m。

8739工作面顺槽长度为814 m，设计可采长度为730 m，回采工作面宽度为
113 m，工作面标高为1 077～1 100 m，对应的地表高差为58 m左右，12#层
煤层在307盘区赋存较稳定，煤层结构较为简单，工作面煤层厚度平均约2.3 m
左右，煤层倾角2°，属于近水平煤层。

综合柱状图如图1所示。

图1 综合柱状图
2 顶底板情况分析
工作面上覆从下往上依次为伪顶、直接顶和老顶。

伪顶为砂泥岩，炭泥岩，细砂岩，厚度0.35～0.90 m，一般为1～2个分层组成，中西部地段为2～3个分层，易塌落，稳定性较差，伪顶岩石的抗压强度是512 kg/cm2，其抗剪强度是108
kg/cm2，普氏硬度5.12，软化系数0.62；直接顶岩性为粉砂岩互层，岩石厚度
范围为1.19～14.25 m，稳定性较好，中厚层状结构。

老顶岩性为中细砂岩，厚
度范围为1.3～20.0 m，胶结致密，稳定性好，中厚层状，老顶的抗剪强度是98 kg/cm2，老顶的抗压强度是285 kg/cm2，普氏硬度2.85。

煤层顶底板情况见表1。

表1 煤层顶底板情况表名称岩石名称厚度/m岩性特征伪顶砂泥岩炭泥岩0.35～0.90砂泥岩,炭泥岩,细砂岩,易塌落,稳定性较差老顶中细砂岩1.3～20.0胶结致密,
稳定性好,中厚层状直接顶粉砂岩互层1.2～14.25灰白色的粉细砂岩互层,厚层状构造,含有大量的植物化石,水平层理发育,含少量的硫铁矿结核,上部夹薄煤层直接底粉砂岩0.55～4.0灰色-灰白色粉砂岩,薄层状,局部含植物化石
3 煤柱对回采的影响及安全管理
3.1 煤柱对回采的影响
从12#煤轨道巷往里396～453 m处有上覆11#煤307盘区8706面煤柱，此煤柱影响范围为60 m；783 m到切眼处有11#煤307盘区8712面多个煤柱，工作面煤柱分布情况如图2所示。

在开采过程中，上覆岩层内部的活动规律，目前人工还不能肉眼目睹，而只能根据间接资料和数据，加以分析和推理[4-6]。

当8739工作面采到煤柱区下方时，受上覆煤柱区的影响，工作面和两顺槽的压力显现特别明显，主要表现为工作面片帮严重，端面距增大、顶板破碎、支架压力升高且部分支架安全阀开启等煤柱区造成的应力集中占主要部分。

同时受上覆煤柱区影响，工作面采到煤柱区下方推进时，周期来压程度相当剧烈，且来压步距缩小。

由于一侧采空，覆岩应力向实煤区转移，覆岩应力通过上覆煤柱区传递到8739工作面，使工作面应力增大。

工作面直接顶破断、垮落、老顶来压及覆岩运动会更加猛烈，回采过程中，老顶压力通过煤柱传递到工作面顶板造成工作面应力集中，随着工作面向前推进，顶板的不断垮落，煤柱也逐渐垮落。

煤柱宽度随着工作面不断向前推进而越来越少，煤柱所承受的压力也越来越大，当工作面通过煤柱后，煤柱还没有完全垮落，正好在支架上面，此时，支架的压力是最大的，上覆岩层的压力会通过煤柱传递到支架上，当工作面支架出煤柱后，直接顶承受不住上覆的压力而断裂，进而垮落，煤柱也随着垮落，煤柱垮落后，支架压力逐渐减小，回到正常压力范围。

图2 工作面煤柱位置图
根据上述分析总结，工作面从进煤柱到出煤柱过程中，工作面压力是逐渐增大的，最大处在出煤柱时，出煤柱后，压力随之减小，此时，上覆岩层运动较激烈，随后重新达到平衡，工作面顶板及上覆岩层破断时，对工作面及采空区覆岩造成采动影响。

3.2 综采工作面过煤柱技术安全管理
只有加强顶板管理和顶板动态监测工作，将工作面顶板控制好，减小过煤柱区时的矿压显现，安全过煤柱区才有了十足的保证[7-9]。

提高液压支架的初撑力：这样做可以使液压支架主动支撑工作面顶板，避免了压力转移到工作面煤壁，较好的维持顶板稳定性，同时也避免工作面来压时煤壁不能承受导致片帮严重，为此，可从以下方面着手：①第一，提高供液压力，保证供液管路和密封圈的密封性和耐用性，或者使用其他手段增加压力；第二，保证供液时间，对此可以采用双压力回路系统来代替支架操作工；第三，带压擦顶移架，及时支护工作面顶板，采煤机割煤过程中，液压支架前探梁距离采煤机后滚筒保持在2架内，使得端面距不大于340 mm；②通过对即将进入煤柱区的工作面及两巷煤壁
进行提前注玛丽散，注入的玛丽散通过煤层裂隙迅速扩散后凝固，使煤层粘到一起，粘结度提高较大，加固了周围的破碎煤岩，能够使破碎带保持相对比较稳定的状态，提高顶板的稳定性，提高巷道和工作面煤壁整体性，减少了煤壁的片帮，缩小了端面距，从而提高了煤壁的强度；③工作面能否顺利通过上覆煤柱区，还与工作面采高和回采工艺有很大的关系。

采高的降低可以减小煤壁的片帮，矿压显现也会明显减小，从而对工作面通过上覆煤柱区提供较大的帮助，为保证采煤机能顺利通过，在过煤柱期间，采高控制在2.4 m左右，通过煤柱区后，若工作面煤壁压力显现
不明显，可以恢复到原来的采高。

快速通过：为加强工艺、工序的管理创造各种条件，延长生产班割煤时间，加快推进速度，在最短的时间内，通过上覆煤柱区。

过煤柱期间，工作面支架一直长时间承受着顶板较大的压力，加快推进速度可以缓解顶板的下沉，避免压死支架，造成停产。

同时，过煤柱的过程中做好工作面顶板、底板、煤壁、支架压力变化情况记录。

进入上覆煤柱集中应力区前，工作面应根据实际生产情况从头部开始调斜开采，尾部超前头部不低于15 m。

严格管理：①加强工作面安全管理，严格执行开工前“四位一体”检查制度和“敲帮问顶”制度，发现不安全因素立即处理，保证工作环境安全的情况下才能作业，如发现当班不能处理的问题，必须及时向矿调度室汇报。

为防止两巷炸帮煤伤人，巷道两侧护网严禁拆除，同时，及时将顶板上的零皮、活石用长柄工具处理掉，确保作业地点安全后才能开始工作。

为防止机组割煤过程中炸帮煤伤人，工作面所有工作人员必须站在液压支架内部进行工作，采煤机割煤过后，液压支架必须跟紧煤机移架，与机组滚筒距离2个支架的距离。

机组必须安设护板。

如发现顶板离层
现象时，必须及时补打支护;②加强机电设备检修力度，减少事故率，提高开机率。

在过煤柱前一定要对设备进行彻底检修，确保设备完好。

由调度室协调运输、供风、供水、盘区不间断供给。

加强支架及液压管路的检修，杜绝跑、冒、滴、漏，液压支架初撑力必须大于24 MPa，工作面支架完好率大于95%。

补支单体柱：在割煤过程中，如果发现头尾顺槽超前支护压力增大，片帮较为严重，顶板下沉、开裂等情况，两顺槽超前支护段及工作面端头处在顶板较为破碎的情况下，则将尾顺槽钢梁下补支单体柱，头顺槽钢梁下靠人行道侧补支单体柱，或者超前支护棚距由1.0 m缩短至0.5 m，并且确保钢梁接顶严实，不实处用木楔或柱
帽背实，应提前加强头尾顺槽顶板的支护工作，超前支护距离在原有的基础上应加长，支护距离不低于30 m，根据实际情况，应及时铺网并补打支护。

严禁超前支护提前回撤：(采煤机距头、尾30 m时开始回撤)保证机组割通后超前支护距煤壁距离不大于1.2 m。

工作面端头支护和超前支护回撤的单体柱必须及时补到前面。

超前支护单体柱的初撑力不低于90 kN(11.5 MPa)，工作面端头或其
它地点单体柱的初撑力不低于90 kN(11.5 MPa)。

煤柱区前后20 m范围内两巷
原有的支护材料严禁回收。

4 结语
在8739综采工作面过上覆煤柱期间，通过对工作面水文地质条件及上覆煤柱区进
行系统的分析，制定了相适应的过煤柱方案。

在煤层顶板破碎的情况下，采用煤壁注玛丽散，提高顶板的稳定性，采取预先加强超前支护来控制顶板、工作面调整伪斜、优化工序等针对性措施，通过合理安排各类工程之间的衔接，紧密配合，综合平衡，充分利用时间和空间，创造多头作业和多工序立体平行交叉作业，改进了施工技术和组织管理。

有效地预防了工作面冒顶，快速安全地通过了上覆煤柱区，技术、安全、经济效益显著。

参考文献：
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