工作面支架選型核驗及頂板控制

趙 亮

(山西省長治經坊煤業有限公司， 山西 長治 047100)

1 前言

經坊煤礦3- 807工作面煤層平均厚度6.3m，煤層傾角2°～6°，煤層穩定，煤層頂底板情況見表1。工作面采用走向長壁后退式綜合機械化放頂煤工藝回采，采用全部垮落法控制頂板。工作面采高2.8m,放頂高度3.5m，采放比為1∶1.25，底煤回收率為97%，頂煤回收率為93%，“一采一放”為一循環。根據礦井周圍相似工作面礦壓數據，該綜放工作面直接頂巖層初次垮落步距為8～14m，基本頂初次來壓步距為25～30m，周期來壓步距為7～16m。工作面中間架采用ZF5800—16/30型液壓支架支撐頂板，支護面積4.68m2，初撐力5 236kN,支架額定工作阻力5 800kN，移架步距800mm,支架中心距1 500mm，支架高度1 600～3 000mm，支架寬度為1 430～1 600mm。

表1 工作面煤層頂底板

2 支架選型核驗

2.1 按采空區的垮落巖石厚度核驗

按采空區的垮落巖石厚度來計算放頂煤支架的支護強度，其計算公式為

(1)

式中：Kd——動載系數，一般取1.4；

M——綜放工作面一次采全厚，取6.3m；

Kp——頂板巖石碎脹系數，取Kp=1.40；

γ——頂板巖石體積密度，γ=25kN/m3。

支護強度確定后，根據支架伸縮量、頂梁長度、支架寬度得出支架工作阻力為

P=q(LK+LD)B

(2)

式中：P——支架工作阻力，kN；

q——支架的支護強度，kN/m2；

LK——伸縮量，取0.8m；

LD——頂梁長度，取5.0m；

B——支架寬度，取1.5m。

計算得出P=4 796kN。

2.2 按覆巖載荷與煤層關系核驗

覆巖載荷與煤層成正比，因此采場最大壓強為

P=9.8Nhγ/1 000

(3)

式中：P——采場壓強；

N——取8(按要求，支架載荷取8倍采高巖重進行計算)；

h——煤層的采高，取2.8m；

γ——頂板巖石的平均密度，取2 600kg/m3。

故采場最大壓強P=9.8×8×2.8×2 600/1 000=570kN/m2。

本工作面支架的支護強度應大于570kN/m2，支架面積為4.68m2，所以得出所需支架工作阻力570×4.68=2 667.6kN，所需支架初撐力570×4.68×80%=2 314.08kN。

綜上所述，通過以上2種方式計算，支架工作阻力宜大于4 796kN，礦山現有的ZF5800—16/30型液壓支架可以滿足支護要求。

3 工作面頂板支護方式

3.1 正常工作時期頂板支護方式

該綜放工作面采用全部垮落法控制頂板，工作面支護采用ZF5800—16/30型液壓支架進行及時移架支護，移架在采煤機割過10～15架后進行，超過此距離或發生片幫冒頂時，必須停止割煤。

3.2 正常工作時期的特殊支護方式

(1)如果頂板破碎，必須及時支護，即采煤機前滾筒割過煤后，必須帶壓擦頂及時移架。

(2)如果工作面片幫深度達到800mm，必須超前支護，即移架在割煤之前進行。

(3)工作面傘檐長度大于1m時，最大突出部分不得超過200mm；傘檐長度在1m及以下時，最大突出部分不得超過250mm。

4 工作面頂板控制

4.1 工作面兩巷超前支護管理

(1)超前支護隨工作面的推進不斷前移,保證工作面兩巷超前支護的距離不小于30m。

(2)工作面回風巷道超前支護采用4.8m的π型梁與單體液壓支柱進行支護，煤壁幫單體液壓支柱距離中間單體液壓支柱為1m。沿工作面運輸巷道走向每排單體液壓支柱用硬鏈接進行連接，硬鏈接間隔成線，連接牢靠。巷道頂板破碎或有特殊地質構造時需用木料配合單體液壓支柱進行支護，排距、棚距等執行如上規定。回采過程中頂板壓力大或過破碎帶時棚距可根據實際情況縮小[1]。

(3)超前范圍內端頭支架前方10～20m采用一梁三柱支護，20～30m范圍內采用一梁二柱支護。上、下幫用DW4.0m單體液壓支柱,棚距1m, 兩幫單體液壓支柱距離π型梁頭150mm進行支設，煤壁幫單體液壓支柱距離中間單體液壓支柱為1m，柱頭必須用防倒繩與頂板上的鋼帶或金屬網進行連接，且迎山角度合格。

4.2 工作面安全出口的管理

1)回風巷道安全出口的支護

工作面回風巷道安全出口主要靠工作面過渡支架支護頂板,平行巷道布置，支架外幫的單體液壓支柱配合1.2m的鉸接頂梁對此處空頂空間進行有效支護，并保證安全出口暢通。各支柱必須用防倒繩與頂板上的鋼帶進行連接，且迎山角度合格。

2)運輸巷道安全出口的支護

運輸巷道安全出口使用1#端頭支架維護頂板，端頭支架與轉載機之間的空間利用4.8m的π型梁與單體液壓支柱進行支護，工作面上、下出口的人行道寬度不得小于0.8m，凈高不低于1.8m。

根據《煤礦安全規程》規定，工作面采取密集支護切頂時，兩端密集支柱之間必須留有寬0.5m以上的安全出口。切頂線支設一排，保證足夠的支護密度，保證每米支設4根切頂點柱，端頭和端尾支護與工作面控頂距切齊，隨工作面推進每個循環正常移設，確保支護齊全，擋矸有效。

4.3 采空區頂板控制

3- 807工作面采用ZF5800—16/30型液壓支架支撐頂板，全部垮落法管理頂板，“一采一放”為一循環，采空區隨著支架前移自行垮落。隨著工作面的推進，當遇到堅硬頂板，采空區懸頂超過15m時，頂板無法自行垮落，要進行人工強制放頂作業，使頂板垮落。

5 總結

采用兩種方案對工作面支架選型進行核驗，支架工作阻力宜大于4 796kN，礦山現有的ZF5800—16/30型液壓支架可以滿足支護要求。同時對工作面的支護方式、頂板控制進行了研究，為綜放工作面的安全開采提供了技術支撐。