唐金柱

(新疆焦煤集團艾維爾溝焦煤公司1930煤礦)

·技術(shù)經(jīng)驗·

綜采工作面礦壓分析

唐金柱

(新疆焦煤集團艾維爾溝焦煤公司1930煤礦)

新疆焦煤集團主焦煤公司24122綜采工作面屬于堅硬頂板軟煤軟底傾斜中厚煤層開采的工作面。工作面平均傾角為33°，煤層厚度為2.0 m，煤硬度系數(shù)為f=3，且煤層賦存夾矸及煤包石。因頂板為堅硬頂板，雖經(jīng)過深孔爆破處理，但礦山壓力顯現(xiàn)，存在嚴重的安全隱患。結(jié)合工作面實際情況，分析了綜采工作面的礦山壓力并提出防治措施。

綜采工作面；礦壓；規(guī)律；存在問題；分析；措施；應(yīng)用

新疆焦煤集團主焦煤公司24122綜采工作面屬于堅硬頂板軟煤軟底傾斜中厚煤層開采的工作面。工作面平均傾角為33°，煤層厚度為2.0 m，煤硬度系數(shù)為f=3，且煤層賦存夾矸及煤包石。因頂板為堅硬頂板，雖經(jīng)過深孔爆破處理，但礦山壓力顯現(xiàn)，存在嚴重的安全隱患。

1 工作面概況

24122綜采工作面位于1930平硐三采區(qū)運輸石門以西，2130平硐延深一采區(qū)運輸石門以東，走向長度2 200 m，平均傾斜長度108 m。工作面設(shè)計停采線在集中運輸上山以東40 m處，在此范圍內(nèi)煤層較穩(wěn)定，走向偏東10°，平均傾角33°，煤巖為單斜構(gòu)造，煤層平均厚度2.0 m，煤比重135 t/m3，煤巖柱狀圖見圖1。

圖1 煤巖柱狀圖

三采區(qū)運輸石門以西240 m處有4條落差1.2～1.5 m左右斷層，相隔10～20 m，對回采有一定的影響。4#煤層下部為5#煤層，垂距40 m；上部為3#煤層。地表均為荒山，除艾維爾溝河南岸有一哈薩克族民居外，無其它地表建筑或設(shè)施。艾維爾溝河在其北邊地表流過，工作面回風(fēng)巷有長度200 m的一段從河床下穿過，該回風(fēng)巷標高+2 010 m，該段河底標高為+2 070 m，本巷道涌水主要來自頂板裂隙水和河床滲水，預(yù)計涌水量120 m3/h。

工作面采用超前預(yù)爆破，全部垮落法管理頂板。工作面上、下端頭以“四對八梁”配合單體柱支護，梁采用箱型頂梁長3.6 m，一梁三柱式支護，間距0.3 m，排距0.6 m，柱距1 m。梁下支柱采用QDZ-2200輕型單體液壓支柱支護，相鄰兩柱之間用d6 mm鋼絲繩聯(lián)鎖防倒柱傷人。工作面使用70架ZZ4000/16/26型液壓支撐掩護式支架支護頂板，其主要技術(shù)特征為：高度1.6～2.6 m，寬度1.43～1.60 m，初撐力3 517 kN，工作阻力4 000 kN，支護強度0.66～0.68 MPa，對地板平均比壓1.47～1.52 MPa，中心距1 500 mm，泵站供液壓力28 MPa；立柱(4個)：缸徑/柱徑d200/d185 mm，行程996 mm，初撐力897 kN，工作阻力1 000 kN。

超前支護在上下順槽超前工作面20 m范圍內(nèi)使用單體柱配合絞接梁進行超前支護，距工作面煤壁10 m范圍內(nèi)打雙排柱，10～20 m范圍內(nèi)打單排柱，靠上幫的一排打20 m，靠下幫的一排打10 m；超前支護柱距1.2 m，絞接梁上部用厚度不小于100 mm的半圓木接頂，超前支護立柱迎山角6°；局部超高地段可用3.5 m單體柱或木柱支護。

工作面安設(shè)了6#、25#、45#、65#等4個測點，采用ZDYJ-IIB型綜采壓力記錄儀連續(xù)記錄工作阻力。

2 工作面來壓規(guī)律

1) 工作面來壓規(guī)律見表1。

由于直接頂較薄，在移架過程中已破碎冒落，故表1為老頂來壓規(guī)律。

2) 工作面各測點的工作阻力、初撐力、末阻力見表2。

表1 工作面來壓規(guī)律

表2 工作面各測點工作阻力、初撐力、末阻力

表2中“比例”為平均值與額定值的比值。

3) 頂板分類。

N=H2/H1=0.28/2.0=0.14

式中：

H2—直接頂厚度，m，取0.28；

H1—采高，m，取2.0；

頂板分類中N值分類指標見表3。

表3 頂板分類中N值分類指標

注：L—老頂處次來壓步距(或周期來壓步距)。

由表3可知，老頂屬于III級來壓強烈的頂板。

3 支架受力分析

1) 初撐力Po。由表2可看出，支架的初撐力利用偏低，大部分時間只占額定值的70%左右；今后頂板管理工作中應(yīng)切實加強初撐力支護質(zhì)量；保障支架于頂板體系處于良好狀態(tài)，提高支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2) 工作阻力Pt。由表2可看出，支架在通常狀況下，工作面支護阻力較小，支架額定工作阻力有富裕。

3) 循環(huán)末工作阻力Pn。由表1，表2可看出，支架主要在增阻階段工作，支架阻力有富裕，由于支架阻力小，在工作面下部支架接頂情況不良，頂板移近量較大。并且由于支架接頂情況不良還導(dǎo)致了支架瞬間值較大，或者出現(xiàn)數(shù)據(jù)為零的情況，影響了數(shù)據(jù)分析。

4) 由于工作面傾角大，頂板對支架的正壓力較小，斜向力較大。工作面要加強防倒、防滑設(shè)施。由于傾角大，矸石、煤塊的自溜性較為嚴重，防矸簾須加強。采空區(qū)垮后的頂板很容易滑落到下端。尤其工作面經(jīng)常沖水，致使工作面中部壓力明顯大于上、下部，必須確保中部支架找頂質(zhì)量，而下部由于有中上部滑落的石塊填上，壓力不明顯，并且由于深孔角度不大(角度太大會破壞巷道)。下部懸頂很少垮落，并且巷道變形較為嚴重，上幫最大高度有時是下幫高度的5倍左右。因此，下端頭須加強支護，須確保超前支護的質(zhì)量。

5) 局部采高過高，也是造成了支架無法接頂?shù)脑颉２筛哌^高煤壁容易片幫，不利于頂板管理，回采中要控制好采高。

4 工作面存在的問題

1) 支柱、支架的初撐力偏低。初撐力是指升柱結(jié)束的瞬間，支柱架靠泵壓對頂板產(chǎn)生的主動力。

支柱、支架的工作阻力越接近最大工作阻力，支柱、支架的效能就發(fā)揮越好。但由于種種原因?qū)е轮еЪ艹鯎瘟Φ停瑥亩拗屏酥е⒅Ъ艿氖褂眯埽矣捎谥е鯎瘟ζ停沟庙敯逦吹焦ぷ髅婢鸵旬a(chǎn)生離層，上覆巖層彎曲下沉?xí)r就會對支柱、支架造成較大的沖擊負荷，使支架的瞬間值較大。對支柱、支架的使用壽命和頂板管理產(chǎn)生不利的影響。根據(jù)日常觀察和參考有關(guān)材料，初撐力偏低的主要原因如下：管路系統(tǒng)壓力損失偏大；泵站距工作面遠，有關(guān)資料顯示這種布置會使壓力損失40%～60%。

2) 工人操作質(zhì)量低。操作工人在升柱時往往使支柱、支架剛一接觸頂板就停止供液，支柱、支架處于“相對等勁”狀況。由于支架的升降對頂板的破壞性較大，支架上方往往有一層較碎的巖石或頂煤，如供液時間較短就無法壓實支架上方的碎石浮煤，這樣就會造成頂?shù)装逡平吭龃螅细矌r層就會冒(漏)頂，使工作面支柱、支架工作阻力達不到要求。

3) 支護系統(tǒng)初撐剛度低。主要表現(xiàn)在底板松軟上，支柱在此基礎(chǔ)上支護就會使支柱陷入底板內(nèi)，或來壓時陷入底板中，造成支柱初撐力偏低。

4) 采面注液槍同時使用數(shù)目影響。工作面2把注液槍同時使用會比單槍使用壓力低10%～15%，而3把槍同時使用比2把槍低10%。工作面使用注液槍的數(shù)目越多壓力就越低，工作面支柱獲得泵壓就越低；由公式：F初=KP/4πD2，其中：(K—泵站有效利用系數(shù)；P—泵站的工作壓力，Pa；D—支柱活柱內(nèi)徑)，可知F初與K成正比，K值越大，F(xiàn)初就越大，K值越小，F(xiàn)初就越小，工作阻力也自然偏低。

5 防治措施

1) 具體做法。

a) 管路損失與管長、流速成正比，與管徑成反比。由于泵站型號已確定，因此流速、管徑也就確定。一是從管長著手。一般液壓泵站距工作面50 m內(nèi)為宜，但由于工作面推進速度較快，這樣就會造成經(jīng)常“搬家”，從而占用生產(chǎn)時間，最好是泵放在軌道上，隨時都可調(diào)整，但這樣會占用運輸線路和阻礙行人。二是改進注液槍支管和供液干管。由于目前支管與干管一般都是“⊥”設(shè)計，這樣就會造成主管的一分液體無法進入支管內(nèi)，因此，對其進行了改進見，圖2。

圖2 改造前后干管、支管示意圖

這樣可以最大限度使用液體。目前，只有盡量減少泵站與工作面的距離，保持增加大泵站壓力。

b) 由于巷道是梯形結(jié)構(gòu)，工人注液時，由于未控制好角度支柱容易打斜，從而造成初撐力低。區(qū)隊應(yīng)利用班前會對工人進行講解支柱、支架撐力低較低所引發(fā)的危害。每周的安全學(xué)習(xí)要對工人進行各種操作規(guī)程的學(xué)習(xí)，使工人操作規(guī)范化。

c) 由于工作面底板為軟底，加上底板留下的浮煤。支柱往往插底，尤其是上下端頭更為嚴重。對此目前還未有更好的解決辦法，只有對支柱“穿鞋”，在打支柱前必須要清理掉浮煤，再打支柱。

d) 上、下順槽在使用注液槍時，可事前安排好使用次序。盡量減少多槍同時使用。

2) 過不穩(wěn)定頂板的措施。

由于工作面存在斷層和局部頂板破碎帶，在過此地段時，往往準備工作未提前做好，使工作面支架未接頂或接頂效果不佳。支架的瞬間負荷較大，過破碎帶可采取以下方法：

a) 提高液壓支架的初撐力，盡可能提高乳化泵壓力，支架不泄漏，正確操作支架。升柱后，不要立即將升柱手把打到零位，應(yīng)待其達到或接近額定初撐力為止。工作面接近周期來壓強或高應(yīng)力區(qū)時，可暫調(diào)高安全閥額定值。通過后，調(diào)回正常值。

b) 當工作面存在破碎易冒的直接頂板時，應(yīng)采用超前移架(先拉架后推溜)的方法，使支架頂梁前梁頂住煤，割煤時只割底煤，在支架頂梁的掩護下通過，如留有粘頂煤，移架時使用支架前梁鏟落，與此同時，還應(yīng)配合快速帶壓移架等措施防止破碎頂板垮落，當采取以上措施不奏效時，可采取如下方法控頂，“挑順山梁”，采煤機割煤后新暴露出來的頂板，可能在支架卸載前移時冒落，此時可采用挑順山梁方法處理，見圖3。

圖3 “挑順山梁”控頂示意圖

先移頂板較完整處的支架，移架前降前梁，在梁上探放平行工作面的半圓木2根，長度3～4 m，移架后，支架升起用以支護附近的破碎頂板，然后在再移鄰近支架，如果頂板比較破碎，容易漏矸時，還可在順山梁上鋪設(shè)金屬網(wǎng)，荊笆或木板等支護材料。當工作面頂板極易冒落，或冒落面積較大采用“挑順山梁”來不及支護時，可以在相鄰支架間超前架設(shè)走向棚(一梁二柱或一梁三柱)，同時在走向棚下再臨時架設(shè)1～2個順山抬棚及時支護頂板，然后即可先移1#架，用前梁挑起順山梁，靠順山棚架托住3#架走向棚架，這時再撤除順山梁和走向梁下的臨時支柱，其相鄰的支架在順山梁和走向梁的掩護下前移，見圖4。

圖4 頂板極易冒落或冒落面積較大控頂移架圖

根據(jù)現(xiàn)場情況，可在支架上方碎石冒空的情況下，支架無法接頂時，在支架前端放置坑木使之接頂。

c) 加快工作面推進度減少頂板破碎，綜采工作面推進速度的快慢直接影響頂板破碎的大小，推進速度愈快，煤壁暴露時間愈短，片幫深度愈小，頂板破碎度愈低。

d) 改進綜采生產(chǎn)工藝和操作方法，在破碎頂板條件下，操作液壓支架必須實行擦頂帶壓移架和降柱(只松動)、升柱的復(fù)合操作。同時要注意移架時盡可能停止其它用液操作，防止液壓降低，影響拉架力和拉架速度。

在松軟煤體和破碎頂板條件下，要減少采煤機一次進刀量，提高牽引速度，實行“淺截快跑”。

6 結(jié) 論

1) 工作面具有強烈的初次來壓和周期來壓。初次來壓步距35 m，周期來壓步距9～24.6 m、平均12 m。

2) 工作面支架額定阻力有富裕，支架阻力低是造成支架不接頂和瞬間值較大的主要原因；工作中要加強支架初撐力的管理。

3) 大傾角回采頂?shù)装宓墓芾硎顷P(guān)鍵，而確保支架的初撐力是關(guān)鍵中的關(guān)鍵。

[1] 耿獻文.礦山壓力測控技術(shù)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2002:11-13.

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Xinjiang coking coal company 24122 fully mechanized mining face is hard roof and soft bottom of soft coal in sloping medium-thichness seam. The average inclination is 33 °, seam thickness is 2.0 meters, coal hardness coefficient f = 3, and coal seam has partings and the coal lithocarpus. Due to roof is hard, while blasting through the hole, but the strata pressure behavior, there is a serious security risk. In combination with the actual situation of the comprehensive face rock pressure and puts forward control measures.

Fully mechanized coal mining face;Underground pressure；Rule;Existing problem;Analysis；Measure;Application

唐金柱 男 1965年出生 2002年畢業(yè)于西安礦業(yè)學(xué)院 助理工程師 烏魯木齊 830025

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2010-04-11