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摘 要: 综放工作面的顶板管理,有着其特有的规律。在综放工作面开采过程中,必须根据其矿压显现规律,制定切实可行的顶板管理措施并贯彻执行,才能保证工作面的正常回采,防止工作面片帮、冒顶事故的发生,创造良好的安全生产局面。
关键词:中厚煤层;综采放顶煤;顶板管理
Abstract: In fully mechanized top coal caving working face roof management, has its unique patterns. In full mechanized caving mining process, must according to the pressure of the mine, formulate feasible roof management measures and implementation, to ensure the normal working face, prevent spalling, roof fall accident, creating safety production situation is good.
Key words: medium thick coal seam; fully mechanized top coal caving mining; roof control
中圖分类号：TD82
0 前言
综采放顶煤采煤法是用来开采中厚及厚煤层的一种较为先进的采煤技术,它具有高产、高效、经济效益好等优点。淮南矿业集团某煤矿在厚度为3.0~6.0 m的中厚煤层中运用这一先进的采煤方法,综采面单产提高近1倍,获得了可观的经济效益。综放工作面的顶板管理,对于保证工作面的安全生产,具有十分重要的意义。下面以某煤矿某工作面为例来进行分析。
1 工作面概况
1.1 工作面地质概况
某工作面位于某煤矿26采区二阶段东翼,所采煤层为13-1煤层,该工作面走向长857 m,倾斜长178 m,煤层倾角5~8度,煤层总厚3.4~5.8 m,煤层结构简单、赋存稳定,顶底板情况如表1所示。
1.2 采煤方法和回采工艺
该面采用区内后退式走向长壁采煤法,煤机采煤高度为2.4~2.6 m,放煤高度为2.3~2.5m,采放比为1:0.89~1:1.04;工作面采用ZF4000/17.5/28SL型低位放顶煤支架支护顶板;煤机为MG-200/475-W型采煤机,端头斜切式进刀,双向割煤,往返一次进两刀;工作面使用前后两部SGZ-764/630输送机将采放落的煤炭运至机巷,机巷使用SZZ800/200转载机、SSJ1200/2×200皮带机将煤炭运出工作面系统。
主要工艺流程:割煤y移架y推前部输送机y放煤y拉后部输送机。
工作面采用单轮间隔放煤,每架1次,见矸关门,其中机头、机尾各3架不放煤,工作面一刀一放,放煤步距0.6 m,采放平行作业。
2 采场矿压显现规律
为了更好地抓好综放工作面的顶板管理,必须对采场矿压规律有一定认识,某工作面矿压观测见表2及图1。
由观测可知,工作面直接顶垮落步距8.0 m,垮落高度3.0 m,分层分次垮落,垮落期间平均支架阻力1 436 kN/架,仅为额定阻力的35.9%;老顶来压步距较大,为35 m,其原因是初采的25 m未放顶煤,顶煤与直接顶垮落后基本上充满了采空区,故推迟了老顶来压时间;周期来压步距平均12.0m,来压系数平均1.19。放顶煤工作面与普通综采面相比,具有以下特点:
(1)放顶煤工作面来压不太明显。来压时有少量的片帮现象,片帮深度一般小于2.0 m,来压系数也比普通综采面1.3~1.4为低。这主要是由于放顶煤工作面煤机割煤高度小(2.5~2.7 m),小于普通综采面的采高(平均3.0 m)。
(2)支架载荷低。某工作面平均支护阻力为1 252kN,较普通综采面低20%~30%,仅为额定阻力的31.3%,来压时支架载荷也仅为额定阻力的55%,并且支架的运行特性以一次初撑增阻曲线为主,占78.9%(见表3),均未超过额定初撑力,只有10.5%。
(3)移架后增阻速度快,增阻时间一般为10 s左右,最高15 s,这是顶煤超前松动的结果。
(4)来压步距和显现与顶煤放出率有关,且有产量增大,放煤率提高,来压步距缩小,来压系数增大的规律。这是由于放煤率越高,顶板暴露越充分愈易冒落的缘故。
3 正常回采时工作面顶板管理
3.1 顶板管理中存在的问题
综采放顶煤工作面跟底板回采,所以工作面的顶板就是顶煤,如果顶煤破碎,则会给工作面顶板管理带来一些不利因素。综放工作面由于煤壁侧采高较矮,片帮、冒顶现象比普通综采面有所减少。但是,工作面也出现过多次冒顶事故,分析其原因,主要有以下几方面:
(1)支架初撑力不足。支架初撑力不足是放顶煤工作面的特点,还有其他一些因素也会造成支架初撑力不足,如液压系统出现窜液、漏液现象,系统压力不足,达不到支架额定压力,或者由于职工操作时,支架立柱升劲过程中操作手把供液时间短,支架达不到应有初撑力,造成顶板台阶下沉,裂隙增加,使顶板条件恶化。根据矿压观测数据表明:支架设计初撑力为3 520 kN/架,实测初撑力大部分为1 200~2 000kN/架,利用率为40%~60%,这说明支架初撑力远没有达到设计值。
(2)支架接顶状况不良。由于采煤机滚筒的割煤高度不好,致使顶底板割的不平整,造成支架受力不均,接顶不良,不能使顶板得到及时有效的支护。
(3)不能保证正规循环作业。由于各方面原因影响,末能组织正规循环作业,割煤、推溜、移架和放煤等工序不能得到很好的配合,使顶板得不到及时支护,空顶时间过长,造成冒顶事故发生。
(4)工作面推进过程中,遇有地质构造如断层、破碎带等,也会引起冒顶事故的发生。
3.2 片帮、冒顶事故的预防及处理
根据某综放工作面回采实践,片帮现象多出现在工作面周期来压时,片帮深度一般在2.0 m以内,如不及时支护,易造成冒顶。根据这一特点,回采时采取了以下措施防止、处理工作面片帮及冒顶。
(1)加强液压系统的检修和维护,保证系统供液压力达规定值,职工操作支架时要规范,支架升起时要保证初撑力符合规定要求。
(2)加强工作面工程规格质量,严格按/三直二平0的要求执行,特别是顶底板要割平割直,保证支架有良好的受力状态。
(3)提高职工素质,抓好各工序间的配合,保证工作面按正规循环作业,尽快渡过来压区。
(4)工作面发生片帮时,如片帮深度不超过1.0 m,可及时伸出支架前探梁维护顶板,必要时支架及时拉超前支护顶板;如煤壁片帮较宽,支架本身无法有效支护,易造成掉顶时,可在支架梁头两圆孔内插两根长度为1.5~2.0 m的钢管用于超前支护,其上用笆片、塘柴棍、木料等接实过严顶板。支架下井安装前,考虑到无护帮板,无法用护帮板护帮或托料维护顶板,故在每架支架梁头处加工了两直径为0.2 m的圆孔,用于插设超前支护的钢管。
4 初采时和收作时工作面顶板管理
4.1 初采时工作面的顶板管理
由于工作面上、下风巷和开切眼跟煤层顶板掘进,加之安装综采设备,开切眼掘进后维护时间较长,致使开切眼两壁的煤体在支承压力的作用下己被压酥,极为松软;工作面自切眼进入煤体时,出现片帮现象较多,此时支架要及时伸出前探梁,及时移架支护顶板;如煤壁片帮较宽,仍需采用插设钢管的方法处理片帮。
另外,工作面初采时,逐步下刹至跟底板回采,同时在初采25 m前不放煤,某工作面来压步距为35 m左右。
4.2 收作时工作面的顶板管理
为保证工作面收作后液压支架能顺利拆除,工作面采用联双层金属网和钢丝绳的方法管理顶板,同时收作期间不放顶煤。具体方法为距停采线10~12 m时,在支架顶部铺设双层金属网,并随工作面推进,在支架前梁端双层网下沿煤壁方向铺设钢丝绳,每割1刀煤铺设1根钢丝绳,绳两端固定在上、下端头挑棚梁上。
5 结语
综上所述，本文论述了中厚煤层综采放顶煤工作面矿压显现规律和顶板管理的特点,指出了综放工作面顶板管理的方法,以及工作面初采、收作时顶板管理的要点，最终才能保证工作面的正常回采,防止工作面片帮、冒顶事故的发生,创造良好的安全生产局面。
参考文献
1 霍双应.综采放顶煤工作面的顶板管理[J].内蒙古煤炭经济.2013(01)
2 范文胜.超长工作面综采放顶煤开采矿压显现规律的研究[J].内蒙古科技大学.2010(05)
3 朱诗顺.缓倾斜特厚煤层综采放顶煤工作面矿压显现[J].矿山压力.1989(07)
关键词:中厚煤层;综采放顶煤;顶板管理
Abstract: In fully mechanized top coal caving working face roof management, has its unique patterns. In full mechanized caving mining process, must according to the pressure of the mine, formulate feasible roof management measures and implementation, to ensure the normal working face, prevent spalling, roof fall accident, creating safety production situation is good.
Key words: medium thick coal seam; fully mechanized top coal caving mining; roof control
中圖分类号：TD82
0 前言
综采放顶煤采煤法是用来开采中厚及厚煤层的一种较为先进的采煤技术,它具有高产、高效、经济效益好等优点。淮南矿业集团某煤矿在厚度为3.0~6.0 m的中厚煤层中运用这一先进的采煤方法,综采面单产提高近1倍,获得了可观的经济效益。综放工作面的顶板管理,对于保证工作面的安全生产,具有十分重要的意义。下面以某煤矿某工作面为例来进行分析。
1 工作面概况
1.1 工作面地质概况
某工作面位于某煤矿26采区二阶段东翼,所采煤层为13-1煤层,该工作面走向长857 m,倾斜长178 m,煤层倾角5~8度,煤层总厚3.4~5.8 m,煤层结构简单、赋存稳定,顶底板情况如表1所示。
1.2 采煤方法和回采工艺
该面采用区内后退式走向长壁采煤法,煤机采煤高度为2.4~2.6 m,放煤高度为2.3~2.5m,采放比为1:0.89~1:1.04;工作面采用ZF4000/17.5/28SL型低位放顶煤支架支护顶板;煤机为MG-200/475-W型采煤机,端头斜切式进刀,双向割煤,往返一次进两刀;工作面使用前后两部SGZ-764/630输送机将采放落的煤炭运至机巷,机巷使用SZZ800/200转载机、SSJ1200/2×200皮带机将煤炭运出工作面系统。
主要工艺流程:割煤y移架y推前部输送机y放煤y拉后部输送机。
工作面采用单轮间隔放煤,每架1次,见矸关门,其中机头、机尾各3架不放煤,工作面一刀一放,放煤步距0.6 m,采放平行作业。
2 采场矿压显现规律
为了更好地抓好综放工作面的顶板管理,必须对采场矿压规律有一定认识,某工作面矿压观测见表2及图1。
由观测可知,工作面直接顶垮落步距8.0 m,垮落高度3.0 m,分层分次垮落,垮落期间平均支架阻力1 436 kN/架,仅为额定阻力的35.9%;老顶来压步距较大,为35 m,其原因是初采的25 m未放顶煤,顶煤与直接顶垮落后基本上充满了采空区,故推迟了老顶来压时间;周期来压步距平均12.0m,来压系数平均1.19。放顶煤工作面与普通综采面相比,具有以下特点:
(1)放顶煤工作面来压不太明显。来压时有少量的片帮现象,片帮深度一般小于2.0 m,来压系数也比普通综采面1.3~1.4为低。这主要是由于放顶煤工作面煤机割煤高度小(2.5~2.7 m),小于普通综采面的采高(平均3.0 m)。
(2)支架载荷低。某工作面平均支护阻力为1 252kN,较普通综采面低20%~30%,仅为额定阻力的31.3%,来压时支架载荷也仅为额定阻力的55%,并且支架的运行特性以一次初撑增阻曲线为主,占78.9%(见表3),均未超过额定初撑力,只有10.5%。
(3)移架后增阻速度快,增阻时间一般为10 s左右,最高15 s,这是顶煤超前松动的结果。
(4)来压步距和显现与顶煤放出率有关,且有产量增大,放煤率提高,来压步距缩小,来压系数增大的规律。这是由于放煤率越高,顶板暴露越充分愈易冒落的缘故。
3 正常回采时工作面顶板管理
3.1 顶板管理中存在的问题
综采放顶煤工作面跟底板回采,所以工作面的顶板就是顶煤,如果顶煤破碎,则会给工作面顶板管理带来一些不利因素。综放工作面由于煤壁侧采高较矮,片帮、冒顶现象比普通综采面有所减少。但是,工作面也出现过多次冒顶事故,分析其原因,主要有以下几方面:
(1)支架初撑力不足。支架初撑力不足是放顶煤工作面的特点,还有其他一些因素也会造成支架初撑力不足,如液压系统出现窜液、漏液现象,系统压力不足,达不到支架额定压力,或者由于职工操作时,支架立柱升劲过程中操作手把供液时间短,支架达不到应有初撑力,造成顶板台阶下沉,裂隙增加,使顶板条件恶化。根据矿压观测数据表明:支架设计初撑力为3 520 kN/架,实测初撑力大部分为1 200~2 000kN/架,利用率为40%~60%,这说明支架初撑力远没有达到设计值。
(2)支架接顶状况不良。由于采煤机滚筒的割煤高度不好,致使顶底板割的不平整,造成支架受力不均,接顶不良,不能使顶板得到及时有效的支护。
(3)不能保证正规循环作业。由于各方面原因影响,末能组织正规循环作业,割煤、推溜、移架和放煤等工序不能得到很好的配合,使顶板得不到及时支护,空顶时间过长,造成冒顶事故发生。
(4)工作面推进过程中,遇有地质构造如断层、破碎带等,也会引起冒顶事故的发生。
3.2 片帮、冒顶事故的预防及处理
根据某综放工作面回采实践,片帮现象多出现在工作面周期来压时,片帮深度一般在2.0 m以内,如不及时支护,易造成冒顶。根据这一特点,回采时采取了以下措施防止、处理工作面片帮及冒顶。
(1)加强液压系统的检修和维护,保证系统供液压力达规定值,职工操作支架时要规范,支架升起时要保证初撑力符合规定要求。
(2)加强工作面工程规格质量,严格按/三直二平0的要求执行,特别是顶底板要割平割直,保证支架有良好的受力状态。
(3)提高职工素质,抓好各工序间的配合,保证工作面按正规循环作业,尽快渡过来压区。
(4)工作面发生片帮时,如片帮深度不超过1.0 m,可及时伸出支架前探梁维护顶板,必要时支架及时拉超前支护顶板;如煤壁片帮较宽,支架本身无法有效支护,易造成掉顶时,可在支架梁头两圆孔内插两根长度为1.5~2.0 m的钢管用于超前支护,其上用笆片、塘柴棍、木料等接实过严顶板。支架下井安装前,考虑到无护帮板,无法用护帮板护帮或托料维护顶板,故在每架支架梁头处加工了两直径为0.2 m的圆孔,用于插设超前支护的钢管。
4 初采时和收作时工作面顶板管理
4.1 初采时工作面的顶板管理
由于工作面上、下风巷和开切眼跟煤层顶板掘进,加之安装综采设备,开切眼掘进后维护时间较长,致使开切眼两壁的煤体在支承压力的作用下己被压酥,极为松软;工作面自切眼进入煤体时,出现片帮现象较多,此时支架要及时伸出前探梁,及时移架支护顶板;如煤壁片帮较宽,仍需采用插设钢管的方法处理片帮。
另外,工作面初采时,逐步下刹至跟底板回采,同时在初采25 m前不放煤,某工作面来压步距为35 m左右。
4.2 收作时工作面的顶板管理
为保证工作面收作后液压支架能顺利拆除,工作面采用联双层金属网和钢丝绳的方法管理顶板,同时收作期间不放顶煤。具体方法为距停采线10~12 m时,在支架顶部铺设双层金属网,并随工作面推进,在支架前梁端双层网下沿煤壁方向铺设钢丝绳,每割1刀煤铺设1根钢丝绳,绳两端固定在上、下端头挑棚梁上。
5 结语
综上所述，本文论述了中厚煤层综采放顶煤工作面矿压显现规律和顶板管理的特点,指出了综放工作面顶板管理的方法,以及工作面初采、收作时顶板管理的要点，最终才能保证工作面的正常回采,防止工作面片帮、冒顶事故的发生,创造良好的安全生产局面。
参考文献
1 霍双应.综采放顶煤工作面的顶板管理[J].内蒙古煤炭经济.2013(01)
2 范文胜.超长工作面综采放顶煤开采矿压显现规律的研究[J].内蒙古科技大学.2010(05)
3 朱诗顺.缓倾斜特厚煤层综采放顶煤工作面矿压显现[J].矿山压力.1989(07)