引言
现阶段,能源缺乏问题比较严重,我国能源需求量与日俱增,特别对于煤炭资源的需求量,也是呈现出明显的增长趋势。在巷道深度的增加和宽度加大的影响下,在开采过程中,存在着较多的潜在因素。在厚煤层坚硬顶板条件下进行放顶煤开采,顶板支护情况会对后期的安全回采产生重要的影响。从实践过程看,巷道发生冒顶事故,大部分是因为顶板巷道的不合理管理。通过回采过程中顶板支护工作的实施,为综放开采创造出有利条件,促使工作面安全高效回采。因此,在坚硬顶板综放开采时必须要提高对顶板进行管理,不断提高巷道加固保护水平,能够让煤矿开采工作的安全性得到有效保障。
1.工程概况
(1)工作面概况
8210工作面位于山4#层302盘区,西部为山4#层可采边界线,北部为8212采空区,东部为山4#盘区巷,南部为实煤区。工作面标高924-968m,走向长度2756m,倾向长度180.5m。8210工作面范围内煤层走向东西、倾向北、倾角3°,煤层为近水平煤层。煤层平均厚度6.25m,变化平稳。煤层稳定、结构复杂、层理、节理复杂、硬度(f)3,对回采的影响较小。煤种为烟煤、煤质为弱粘煤。
(2)工作面顶底板概况
8210工作面煤层顶底板情况如下表1所示:
(3)工作面地质构造概况
2210巷采位1683m处揭露厚度为0.5m的岩墙,5210巷采位1442m处揭露厚度为0.5m的岩墙,对回采有一定影响。工作面揭露的断层如下表2所示:
2.工作面顶板差异化管理研究
(1)正常时期顶板管理
为了回采过程中顶板的安全管理,本工作面采用追机移架方式进行顶板管理。同时,为了满足“三直一平两畅通”,在开采过程中对初撑力、伞檐、控顶距、端面距、支架接顶、支架中心距质量符做了下述规定:
①工作面液压支架前柱初撑力不低于泵站压力(泵站压力不低于30MPa)的80%,即24MPa;②支架中心距误差不超过100mm,支架侧护板正常使用,架间间隙不超过100mm,排成一条直线,其偏差不超过50mm;③支架不超高使用,支架高度与采高相匹配,控制好采高,支架的活柱行程不低20mm。液压支架接顶严实,端面距不大于340mm;④工作面伞檐长度大于1m时,其最大突出部分不超过200mm;伞檐长度在1m以下时,最突出部分不超过250mm;⑤保证好液压支架的控顶距在合理范围内,最大控顶距6320mm,最小控顶距为5520mm。
为了确定8210工作面回采的安全开采,本工作面端头及超前支护的顶板管理为:端头及超前支护选用DW-X45型号单体支柱。同时,选用1000mmπ型梁与3000mmπ型梁以及相应配套防倒防坠装置(防倒棒为钢性钢管焊接而成可以伸缩,最长1.1m、最短0.7m;防坠装置为防坠卡子、 100mm×50mm×2mm钢片、钩链设计而成,总长为1.0m,宽为0.05m)。
(2)工作面特殊时期顶板管理
根据相邻工作面矿压总结,放顶煤工作面顶板初次来压步距一般为初采至50～55m范围,老顶初次来压时工作面顶板破碎,炸帮严重,古塘有闷咚声,顶板下沉支架受力增大,矿压表读数达到40Mp以上,支架大量安全阀开启泄液,采空区顶板垮落时回产生飓风等特点。为确保初次来压时巷道顶板的安全,在8210工作面开采特殊时期,对顶板管理进行了与正常时期差异化管理,主要体现在下述方面:
①施工前,对工作人员进行专业知识培训,准确掌握工作面的推进度和压力变化情况,并安排专人进行现场记录。②由于8210工作面顶板为坚硬顶板,在推进过程中顶板可能不会发生垮落,因此,在开采过程中制定了专项水压致裂放顶煤专项措施。③提高支架稳定性,严禁出现支架高低差超限,高差不大于支架侧护板的2/3,杜绝倒架、咬架、爬架现象的发生。④割煤后及时支护,并保持支架数量和质量符合规定要求。初次来压期间要尽量缩小空顶距,以减少工作面压力。落煤后必须超前移架,并保证支架的初撑力和有效支护。⑤伞檐的长度不能超过1m,最突出部分小于250mm;根据顶板破碎情况,留设伞檐不影响拉架即可。工作面尽量采直、采齐,以减少对煤壁的压力。⑥当有压力显现时,现场应合理确定控顶距、推进速度、顶板裸露面积,同时,加大两安全出口的支护密度,保持煤壁完整,使其有良好支撑作用。⑦根据8210工作面水文地质资料揭露断层最大为1.6m,对回采影响不大,当推进至断层时,施工队组加强顶板支护,适当调整割煤工艺,保证好工作面的平稳推进,若出现顶板破碎情况,则注马丽散加固。
(3)工作面备用支护材料管理
为应对工作面突发事故的发生,在8210工作面开采过程中备用了支护材料,备用支护材料的型号、数量、存放地点及注意事项如下述所示:
工作面支护材料:DW-X45型单体柱、道木、大料、柱帽、防倒棒、防坠、柱鞋、板木、木楔、工字钢、马丽散。
①单体支柱备用量
计算公式:
N备=K×n=10%×410≈41根取41根
式中:N备—单体支柱备用量,根;K—备用系数,一般为10%～20%;n—工作面支柱数量,根。
正常情况备用单体支柱型号应与端头超前支护一致。
②根据单体支柱数量确定1000mmπ型梁41根,防倒棒41套、防坠装置41套,马丽散3t。
③为防止工作面发生冒顶或遇顶板破碎、高应力区时,应提前备用一定数量的支护材料,如道木、柱帽、板木、木楔、工字钢以及马丽散等材料,数量应根据工作面实际情况确定。
④备用材料的存放地点,应保持距工作面50～100m之间,在轨道顺槽中的外侧煤壁处。材料分类摆放整齐,实行挂牌管理,标明材料名称、型号、数量等内容,并由专人负责。材料存放地点必须保证有0.7m以上宽度的人行道和必要的运输通道。
(4)工作面矿压实时监测
根据顶板矿压监测要求,8210工作面实时动态观测内容及观测方法如下述内容为:
①观测内容。
A.工作面支架矿压及在线监测显示的初撑力与工作阻力;B.两超前支护及端头支护支柱上安装的单体柱测压仪压力读数及变化情况;C.对于两顺槽巷道有变形的应进行巷道变形量观测;D.统计观测包括:端面距、工作面悬板和古塘塌落情况、机道顶板情况、煤壁片帮、支架(支柱)状况、支架(支柱)接顶、端头支护、超前支护等。
②观测方法。
8210作面采用沿工作面方向,包括安装YHY-B型矿用数字压力计动态显示矿压数据。工作面内所有支架每架(除安装在线监测的支架)安装YHY-B型矿用数字压力计,且工作面布置KJ216型煤矿顶板安全监测系统在线监测压力表12块,分别布置于6#、16#、26#、36#、46#、56#、66#、76#、86#、 96#、106#、116#架,由专门技术人员利用矿用在线监来收集并处理数据。同时,根据矿压实测数据动态改变巷道围岩支护,确保工作面的安全运行。
3.结束语
顶板的安全管理不仅是矿井安全进行的重要保障,而且也是降低矿井吨煤死亡率的重要途径,所以在开采过程中必须对顶板管理进行深入分析和研究。同时,随着回采工作面开采条件难度以及地质复杂条件的加大,对工作面开采顶板管理的要求逐日增加。因此,我们应该继续在巷道顶板管理工作继续加大科研力度,不断提高在坚硬顶板综放开采顶板应用效果,让煤矿开采工作的安全性得到有效保障。
摘要：为了在厚煤层坚硬顶板条件下安全进行回采,顶板的安全管理是重要保障。本文先对某煤矿8210工作面的地质概况进行了详细的评估与论述,之后针对回采过程中不同时期的巷道顶板差异化管理进行了分析与研究,最后针对不同时期的巷道差异化管理进行了确定。本文的差异化顶板管理可对类似矿井进行参考。
关键词：厚煤层,综采放顶煤开采,顶板支护管理
参考文献
[1] 康红普,王金华,高富强.掘进工作面围岩应力分布特征及其与支护的关系[J].煤炭学报,2009,34(12):1585-1593.
[2] 蔺军发.煤矿采煤掘进工作中高强支护技术的运用[J].当代化工研究,2020(09):103-104.
[3] 高乐.综放工作面端头区域机械化支护体系研究[J].山东煤炭科技,2014(04):66-68.
[4] 张金平.全断面矩形高效快速掘进巷道支护方案优化探讨[J].当代化工研究,2020(06):52-53.