特厚煤層綜采放頂煤工作面壓架防治技術(shù)

王茂江

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特厚煤層綜采放頂煤工作面壓架防治技術(shù)

王茂江

摘要介紹了特厚煤層綜采放頂煤開采由于一次采放厚度大，覆巖中能形成平衡結(jié)構(gòu)的巖層上移，放煤不均勻影響工作面來壓區(qū)域的分布，支架初撐力的大小很大程度上決定著支架立柱的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)特性，初撐力的提高可以明顯降低頂板的早期下沉，減小來壓時(shí)支架活柱的縮量，有效預(yù)防壓架。

關(guān)鍵詞特厚煤層；綜采放頂煤；工作面壓架；防治技術(shù)

0　引言

特厚煤層放頂煤工作面開采過程中，由于一次采放厚度大，覆巖中能形成平衡結(jié)構(gòu)的巖層上移，直接頂厚度增加，所需支架工作阻力也將增加。工作面在開采時(shí)來壓頻繁，壓支架事故多，嚴(yán)重的影響了生產(chǎn)。為了減少事故發(fā)生，通過深入分析研究，并經(jīng)對施工現(xiàn)場進(jìn)行反復(fù)觀察，有效控制了特厚煤層綜放工作面壓架事故的發(fā)生，保證了綜放工作面頂煤回收率，減少了資源的浪費(fèi)，有效提高了安全生產(chǎn)系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了礦井的高產(chǎn)、高效。

1　特厚煤層綜采放頂煤工作面現(xiàn)狀

綜采生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展節(jié)奏越來越快，煤礦年產(chǎn)量不斷增加，礦井特厚煤層開采已成為主要資源，直接頂厚度大大增加［1］，所需支架工作阻力也將大大增加。同生公司安平礦井田含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組煤層頂板巖性泥巖、砂質(zhì)泥巖和粉、細(xì)砂巖；底板泥巖、砂質(zhì)泥巖、高嶺土及粉砂質(zhì)泥巖。5號層局部含1層夾矸，夾矸巖性為泥巖、炭質(zhì)泥巖。煤層穩(wěn)定賦存區(qū)全區(qū)可采。煤層厚度變化幅度較大，井田內(nèi)向東南部逐漸變薄，西南部一帶煤層變薄，煤層頂板為粗砂巖、炭質(zhì)泥巖、中砂巖，偶見含礫砂巖、泥巖；底板為泥巖、高嶺質(zhì)泥巖，局部為粗砂巖及含礫砂巖。

15119綜放面平均煤層傾角3°，煤層平均厚度10.9 m，所用支架ZF13000/23/42額定工作阻力13 000 kN，但在開采過程中，由于頂板來壓強(qiáng)烈，工作面受地質(zhì)構(gòu)造影響斷層多平均落差4 m的頂煤疏松、破碎，煤壁受壓嚴(yán)重偽頂留不住，支架上部懸空，經(jīng)常造成支架前移困難，多次發(fā)生壓架事故，嚴(yán)重威脅工作面的安全生產(chǎn)，在發(fā)生壓架事故后，處理事故的停產(chǎn)損失及人工、材料費(fèi)用造成嚴(yán)重資源損失。

15119工作面可采走向長1 056 m，工作面長200 m，煤厚11 m，可采出儲量265萬t，煤層中含2層厚度0.1 m～0.8 m的夾矸，夾矸巖性主要為炭質(zhì)泥巖。14年11月1日正式生產(chǎn)，于15年10月20日結(jié)束，頂板來壓共計(jì)65次，壓架事故共發(fā)生15次，均發(fā)生于15年1月～15年6月。先后從放煤工藝、支護(hù)質(zhì)量、推進(jìn)度、液壓系統(tǒng)等方面進(jìn)行了試驗(yàn)研究，得到以下結(jié)論：

（1）放煤不均勻影響工作面來壓區(qū)域分布見表1；

表1　震動能量及震動頻次統(tǒng)計(jì)

（2）在工作面頂板下沉速度和壓力增加過快管理難度大，尤其是煤壁處于應(yīng)力集中區(qū)受壓嚴(yán)重，頻頻片幫，控制放煤量可改變工作面頂板來壓強(qiáng)度（見圖1）；

圖1　二疊系應(yīng)力集中區(qū)頂板結(jié)構(gòu)示意

（3）工作面直接頂懸空時(shí)間不宜過長，及時(shí)移架可改善支架的受力狀況；

（4）支架回程不夠?qū)е鲁鯎瘟_(dá)不到要求，使破碎頂板在重力作用下頂煤漏空導(dǎo)致工作面頂板漏冒。支架緊密接頂及初撐力的大小取決于支架立柱的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)特性，初撐力的提高可以明顯降低頂板的早期下沉，減小來壓時(shí)支架活柱的縮量，有效預(yù)防壓架（見圖2）；

圖2　頂板來壓支架活柱下縮壓架示意

（5）定期更換安全閥，保證支架的高工作阻力得以有效發(fā)揮；

（6）工作面均衡生產(chǎn)，提高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化推進(jìn)度在≥4 m/d非常必要；（見圖3）

圖3　工作面支架推進(jìn)示意

（7）提高乳化液濃度比，加強(qiáng)過濾功能，保證支架液壓系統(tǒng)的可靠性。

2　放頂煤工作面開采過程中的影響

2.1放煤不均勻影響工作面來壓區(qū)域的分布

由于工作面放煤不均勻，造成采空空間不均勻，進(jìn)而造成頂板活動不均勻。工作面在放煤過程中，中前部放煤量較大，工作面中部頂板活動范圍大，因此每次來壓時(shí)中部或中前部區(qū)域頂板壓力顯現(xiàn)明顯［2］。

2.2控制放煤量可改變工作面頂板來壓強(qiáng)度

放煤工藝的改變對工作面頂板來壓強(qiáng)度有較大的影響。通過留設(shè)縱向條帶，頂板來壓步距由原來的15.5 m增加到20 m，來壓步距明顯增大；來壓時(shí)壓力顯現(xiàn)由原來的中部40#～90#架變?yōu)?0#～110#架，范圍明顯增大；工作面來壓強(qiáng)度明顯減小，機(jī)道和煤壁的壓力有所增加，來壓持續(xù)時(shí)間變短，活柱下縮量變小。

因此控制放煤量，減小古塘頂板的活動空間，可降低頂板來壓強(qiáng)度，對改善工作面支架的受力情況是有效的，但是工作面的回收率降低，只達(dá)到了83.19%，頂煤回收率也只達(dá)到79.13%。

2.3及時(shí)移架可改善支架的受力狀況

在采煤機(jī)割煤后，采煤機(jī)后的支架處于最大控頂距狀態(tài)，支架的阻力會明顯增大。現(xiàn)場觀測表明，當(dāng)采煤機(jī)前滾筒割完頂?shù)逗螅噜徶Ъ茉鲎杳黠@，通常增阻2 MPa～3 MPa，當(dāng)相鄰支架移架降架后支架增阻1 MPa～2 MPa，待相鄰支架升緊后支架的阻力有時(shí)出現(xiàn)回彈現(xiàn)象。因此及時(shí)移架對改善支架的受力狀況有良好作用。

支架初撐力低時(shí)支架在等壓，頂板來壓時(shí)支架往往呈現(xiàn)急增阻狀態(tài)，支架增阻的范圍明顯增大，來壓持續(xù)時(shí)間長，來壓時(shí)活柱的縮量增大，容易造成工作面的支架被壓死。

初撐力達(dá)到要求時(shí)，支架的工作阻力處于緩慢增阻到恒阻之間，支架的增阻范圍變小，來壓持續(xù)時(shí)間變小，來壓時(shí)活柱下縮量明顯變小。

15年1～6月份初撐力合格率只達(dá)到50%左右，來壓時(shí)壓架次數(shù)較多；7月份以后提高了支架初撐力，合格率達(dá)到了70%以上，基本沒有壓架事故發(fā)生。

2.4定期更換安全閥

現(xiàn)場觀測表明，支架安全閥多次開啟后彈簧過度疲勞，在沒有達(dá)到調(diào)定壓力值時(shí)就提前開啟，造成支架實(shí)際工作阻力下降，活柱下縮量增大，易造成壓架［3］。

從14年12月份之后采取定期（半個月）更換支架安全閥（每次300個）的措施，效果明顯，支架實(shí)際工作阻力大大提高，工作面沒有出現(xiàn)過壓架現(xiàn)象。

2.5保證工作面日推進(jìn)度在4 m/d以上

推進(jìn)度與頂板下沉量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，日推進(jìn)度在4 m/d以下時(shí)，頂板下沉量較大，引起支架推進(jìn)困難，保證4 m/d以上非常必要。

2.6保證乳化液濃度配比加強(qiáng)過濾功能

通過對濃縮液的長期觀察、研究發(fā)現(xiàn)，支架片閥、柱體、安全閥有銹蝕現(xiàn)象，由于過濾密封損壞沒有及時(shí)更換，液體中的小顆粒可能造成安全閥開啟后關(guān)閉不嚴(yán)或長時(shí)間不能關(guān)閉，故采取更換濃縮液為乳化液、增加過濾網(wǎng)的措施。

3　技術(shù)應(yīng)用情況與經(jīng)濟(jì)效益

從2015年6月下旬開始，多項(xiàng)改善措施同時(shí)實(shí)施，工作面再沒有出現(xiàn)過壓架現(xiàn)象，安全開采出600多萬t煤。由于壓架事故的消除，徹底消除了安全隱患，工作面生產(chǎn)比較正常，月均產(chǎn)量90多萬t，較6月前月均80 萬t，增長12%。

由于特厚煤層開采時(shí)一次采空空間大，頂板來壓較強(qiáng)烈，當(dāng)開采煤層厚度增大到20 m以上，為徹底避免壓架事故，支架工作阻力仍需進(jìn)一步加大。

本項(xiàng)目研究成果對于國內(nèi)其它地區(qū)20 m以下特厚煤層的綜放開采具有借鑒價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

［1］張利.特厚煤層綜采放頂煤一次采全高技術(shù)［J］.煤炭與化工，2014 （4）：25-27.

［2］程戈.中厚煤層綜采放頂煤工作面頂板管理［J］.煤炭技術(shù)，2005（3）：12-15.

［3］林文明.特厚復(fù)雜煤層綜放面頂板管理技術(shù)［J］.山東煤炭科技，2015 （2）：18-19.

Support Crushing Preventing and Controlling Technology in Working Face of Fully Mechanized Top Coal Caving in Thick Coal Seam

Wang Maojiang

Abstract:Because the mining thickness is big in fully mechanized top coal caving of thick coal seam at a time，the rock formations can form the equilibrium structure move up in overlying strata，the uneven coal-caving affects the pressure area distribution of the working face，the size of the initial supporting force of the support determines the actual operation characteristics of the support column to a great degree，the improvement of the initial supporting force can significantly reduce early roof subsidence，decrease the support column shrinkage when the pressure comes，and effectively prevent support crushing.

Key words：thick coal seam；fully mechanized top coal caving；support crushing in working face；preventing and controlling technology

中圖分類號TD355+.44

文獻(xiàn)標(biāo)識碼B

文章編號1000-4866（2016）03-0033-03

作者簡介

王茂江，男，1977年5月出生，2005年畢業(yè)于太原理工大學(xué)，現(xiàn)在同煤集團(tuán)同生公司生產(chǎn)部工作，助理工程師。

收稿日期：2016-02-35