12107工作面頂板管理方案及安全措施研究

要云海

（西山煤電集團礦業公司七分公司，山西 太原 030200）

1 工程概況

狼窩渠煤礦12107工作面安裝ZF13000/25/38T型液壓支架98架，ZTZ20000/27.5/42T型端頭支架和7架ZFG13000/27.5/42HT過渡支架，支架梁長5400mm，端面距小于等于340mm，工作面最小控頂距5740mm，最大控頂距6540mm。生產中采用及時移架支護方式，采煤機割過后，支架距后滾筒5m以外前移，移過后，將支架升緊升牢。

2 工作面內頂板控制

2.1 工作面支護方式

該工作面主要是采用追機移架的方式對頂板進行及時支護，割煤—移架—移刮板輸送機，正常移架應用帶壓移架方式，滯后采煤機滾筒3～5架，降柱量一般為100～200mm；頂板有裂隙時，采煤機割一架緊跟采煤機滾筒移一架支架；頂板破碎時采用超前移架方式，不等采煤機割煤，就進行移架縮小端面距控制頂板，再進行其他操作，工藝為移架—割煤—移刮板輸送機。采煤機割煤并移架后，及時伸出支架的伸縮梁護頂，并及時伸出護壁板。

2.2 工作面頂板控制要求

（1）工作面液壓支架初撐力不低于24MPa；液壓系統完好、不漏液。護幫板要及時護幫，不可用護幫板代替前梁使用。

（2）盡量減小機道空頂面積，工作面支架端面距不得超過340mm，工作面傘檐長度大于1m時，其最大突出部分不超過150mm；傘檐長度在1m及以下時，其最大突出部分不超過200mm。

（3）工作面液壓支架（支柱）編號管理，牌號清晰；支架前梁梁端至煤壁頂板垮落高度不大于300mm；工作面內特殊支護齊全；如果局部懸頂和冒落不充分的，懸板面積大于2×5m2時，應采取有效措施處理采空區懸板。

（4）采高控制在作業規程規定范圍內，支架的活柱行程不小于200mm；人員靠近煤壁臨時作業時，必須架設可靠的臨時支護；工作面因頂板破碎，需要鋪設假頂時，及時制定相關措施。

3 端頭及超前支護

3.1 支護材料的選擇

工作面端頭及超前支護選用DW45-250/110X型單體支柱。

（1）單體支柱工作阻力

式中：

Rt-支柱額定工作阻力，kN；

K-支柱阻力影響系數。

（2）合理支護強度

式中：

Pt-合理的支護強度，kN/m2；

h-巷高，m；

γ-容重，kN/m3，一般可取25kN/m3；

k-單體支柱支護的上覆巖層垮落帶與巷高之比，一般為4～8。

支護密度：

式中：

n-合理的支護密度，根/ m2；

Pt-工作面合理支護強度，kN/m2；

Rt-支柱實際支撐能力，kN/根。

n=Pt/Rt=360/201=1.7 根 /m2。

根據合理的支護密度和實際情況確定超前支護形式為一梁三柱，柱距1m。

（3）單體柱支護強度的驗算

直接頂單位面積的壓力為：

式中：

Qz-直接頂單位面積最大壓力，kN/m2；

k-載荷不均勻系數；

γ-頂板巖石容重，kN/m3；

h-直接頂厚度，m。

Qz=kγh=1.1×25×3.1=85.25kN/m2。

單體柱額定支護強度：

式中：

Pmax-單體柱額定支護強度，kN/m2；

F-單體柱額定工作阻力，kN；

S-單體柱有效支護面積，m2。

由上述計算可知，所選單體柱支護強度Pmax≥Qz，滿足要求。

單體高度的選擇：根據巷高平均高度為3.6m，單體的最大支護為4.5m，所選單體支柱滿足開采的支護要求。

3.2 端頭及安全出口的管理

3.2.1 端頭支護方式與數量、柱排距與控制范圍

工作面頭端頭采用1架ZTZ20000/27.5/42T型（兩架一組）端頭液壓支架支護頂板，穩裝在距煤柱幫0.8～2.65m之間；尾端頭采用ZFG13000/27.5/42HT型過渡液壓支架支設巷道寬度的一半及以上，尾端頭支護的單體采用一梁一柱，梁采用1.2m的鉸接梁；當工作面液壓支架到煤柱幫之間的距離超過0.8m時，應支設單體支柱，每增加0.6m，增加1排單體支柱，柱間距為1m，排距為0.6m。當遇有地質構造、頂板破碎、礦壓顯現強烈等現象時，柱距應變更為0.8m，排距為0.4m，若仍不能滿足支護強度應根據實際情況縮小柱距、排距，使其滿足支護要求。

3.2.2 支設質量要求

（1）所支鋼梁垂直于巷道方向，所有單體柱的初撐力達132.3kN及以上，要求端頭的單體支柱的支護與超前支護相接，采空側與切頂線支齊。所支單體必須有防倒、防墜裝置，防倒裝置采用剛性連接。

（2）端頭支護時，要求支護結構合理，鋼梁接實頂板，支護有效。支護時，必須把轉載機、刮板輸送機的按鈕全部閉鎖，開關打到“零”位。單體柱必須支在硬底上。

（3）兩端頭直角煤體由于受采動影響，采動裂隙不斷形成，在采煤機割通該處實煤后，要根據實際情況決定提前加強該處頂板的維護，支護時要充分利用端頭支護、長方木、單體柱加以維護。

（4）超前50m范圍內每班設專人進行清理維護，巷道支護完好無失效，無自降支柱，并上好防倒和防墜裝置，無片幫、無浮矸浮煤堆積，嚴禁堆放任何閑置費舊物品和設備。

3.2.3 關門柱位置及要求

工作面上下端頭應支設關門柱(柱距不大于0.5m)，掛網(網應采用易于伸縮的尼龍網，高度不小于1.5m，寬度從支架側到煤柱幫)，并掛牌標明：“嚴禁進入采空區”（牌版尺寸：高0.3m，寬0.4m），支設位置在后刮板運輸機電機后0.05m處。

3.3 超前支護

3.3.1 超前支護方式、數量、柱排距及控制范圍

（1）10704巷超前支護。超前支護范圍為工作面煤壁線向外30m超前加強支護，10704巷的支護為錨桿錨索聯合支護，超前支護采用一梁三柱支護形式，單體分別支設在“π”型梁兩端，梁長4.9m，梁距為1.0m，梁兩端距煤幫各0.3m，靠小幫側單體距小幫0.4m，靠工作面側單體距工作面0.6m，靠工作面側單體距中間單體1m，靠小幫側單體距中間單體3.5m。

（2）14704巷超前支護。超前支護范圍為工作面煤壁線向外50m超前加強支護，14704巷的支護為錨桿錨索聯合支護，超前支護采用一梁三柱支護形式，單體分別支設“π”型梁兩端及中間，梁長4.4m，梁距為1.0m， 梁兩端距煤幫各0.3m，靠小幫側單體距小幫0.7m，靠工作面側單體距工作面0.7m，靠工作面側單體距中間單體1.2m，靠小幫側單體距中間單體2.4m。

3.3.2 支設與支護質量要求

（1）所有單體必須上齊防倒、防墜裝置，并編號管理，防倒裝置采用鋼性連接，并編號管理，連接位置應在支柱支設高度的2/3處，不超過活體柱，伸縮距離不小于0.2m；防墜裝置采用抱箍彈簧扣式剛性連接，鋼梁與支柱活柱連接緊密，同時升降。保持在同一個高度，且單體支柱三用閥方向一致，閥端指向古塘。

（2）回撤超前支柱時，專人觀察頂板及周邊情況，不得留有閑雜人員，確認安全后，方可回柱。回柱時，由一人先將“一梁三柱”中間單體柱防墜裝置取下并扶好，另一人用專用放液手把放液，單體柱放液后，把防倒裝置取下由兩人協同把單體抬到指定地點備用，待4人到齊后再分別回兩邊的單體支柱。

（3）其中兩人先扶好一側的單體支柱，一人放液。當一側單體柱降到一定的高度時，另一人拿穩π型梁，放液的人員把防倒、防墜裝置取下后，扶支柱的兩人把單體抬到指定地點后再用同樣的方法放另一側的單體柱，最好兩人合力把π型梁抬到指定地點。

（4）在10704巷和14704巷支設超前時，必須有專人指揮，四人一起操作。在10704巷支設超前支護時，四人先將π型梁抬到支設地點放在轉載機上面，再將單體抬到位。先由一人站在轉載機上面拿穩π型梁放在單體柱頭上，上好防墜裝置后再由另一人給液將單體柱升緊。按同樣的工序再將另一側的單體柱支好后，再將中間的單體柱支好并上好防墜裝置，最后補齊所缺的防倒裝置。在支設超前支護時，必須停止轉載機并將轉載機閉鎖，以防別人誤開。

（5）回柱時，要注意先檢查頂幫的安全狀況，找好退路，在頂板破碎的情況下要支設替柱，并要遠距離操作，嚴禁支柱與回柱平行作業。

（6）堅持敲幫問頂制度，回梁前要將零皮、活煤、矸石處理掉。兩巷的錨桿、錨索、預應力鋼帶，必須及時回收，回收范圍為煤壁向外2m處。工作面頭尾超前支護執行掛牌管理制度，牌版應說明超前支護單體支柱和花邊型鋼梁的型號、數量，超前支護的柱距、排距、長度。

4 結語

從工作面頂板控制和端頭及超前支護的頂板管理三個方面，對12107工作面的頂板管理進行了方案設計，制定相應的安全措施，實踐應用效果證明該設計方案是合理、可行的，保障了12107工作面的開采安全。