采煤工作面的支護參數及質量標準探討

陳天勇

[摘要]回采工作面頂板控制設計的內容主要包括：選擇采場支護形式、選擇采空區頂板的處理辦法、決定控頂距離、選擇支護形式、制定工作面日常頂板管理方案等。因此，主要對采煤工作面支護方式選擇、支護參數確定以及相關質量標準做探討。

[關鍵詞]采煤工作面自護參數質量標準

中圖分類號：TB1文獻標識碼：A文章編號：1671—7597(2009)1020119--01

一、采煤工作面支護方式

合理支護強度確定之后，合理支護方式的選擇對于回采工作面的頂板管理起若非常重要的作用。根據回采工作面的不同地點支護方式一般分為基本支護和特殊支護兩類。基本支護要求支架在頂板不發生特殊情況時，能支和護住頂板。特殊支護要求支架在頂板出現懸頂、滑動、沖擊等隱患時，能防止頂板事故的發生。

在單體液壓支柱支護的回采工作面，基本支護方式一般采用單一支護方式和棚梁支護方式。單一支護方式一般用于下位直接頂較堅硬完整的采場。棚梁支護方式一般采用金屬鉸接頂梁，棚梁支護的基本內容主要有：掛梁方向、掛梁方式及護項方式。掛梁方式及護頂方式：掛梁方式在一般情況下均采用齊粱齊柱式或齊梁錯柱式。各主采煤層的工作面采用齊粱齊柱式支護，以及煤壁處較破碎的頂板加支金屬鋼梁，對于改善項板管理的狀況起到了重要作用。特殊支護主要用來防止頂板事故，它是基本支護的加強補充。特殊支護一般用于回采工作面薄弱環節區，即放頂線、端頭、煤壁處及局部構造處。目前大部分礦井回采工作面的上下端頭已全部采用“四對八梁”支護，并取得了較好的效果。煤壁處的特殊支護主要是防止項板在刮板運輸機機道處的冒落，保持刮板運輸機機道的頂板完整。

二、采煤工作面支護參數

在普采工作面工藝設計中，除了合理選擇支架布置方式外，還要正確確定工作面支護密度和排距、柱距。

支柱的排距小于0.8m時，工作面行人困難，會降低生產效率。鉸接項粱長度有0.8m、1.0m、1.2m三種規格，采煤機的截深多為0.6m、0.8m、1.0m和1.2m，因此支柱的排距主要有0.8m、1.0m和1.2m三種規格。按照采煤作業的需要，最少需要3排支柱，在工作面形成3條道：機道、人行道和堆放支柱、頂梁及其他材料的材料道。當排距小或工作面所需支護材料較多時，一條材料道不能滿足需要，工作面就需要4排柱，即最小控頂距為4排。

支護密度是控頂范圍內單位面積頂板所支設的支柱數量。支護密度既是支護參數，又是確定生產組織管理方式和經濟技術指標的重要參數。

支護密度：n＝P/NR

P為工作面支護強度，R為支柱額定工作阻力，N為支柱額定工作阻力實際利用系數。

一般金屬摩擦支柱n=0.4～0.5，單體液壓支柱n=0.85。

工作面支柱的合理承載能力就是控制頂板的合理支護強度，應當保證工作面來壓前后，有支柱所控制的結構力學系統，處于合理的平衡條件之下。要避免工作面發生大面積的切頂跨場事故，為此支柱的承載能力除必須承受直接頂的巖重外，還要盡可能避免基本頂運動的沖擊。要把來壓完成時刻的最大頂板下沉量，控制在支柱下縮量及保持必要工作空間所允許的范圍內。要盡可能保持直接頂板完整。

工作面柱距：

其中，Ⅳ為工作面支柱排數，F為機道上方梁端至煤壁距離，S為每根支柱的支護面積，它是支護密度N的倒數。

三、采煤工作面質量標準

質量標準化的質量是指產品或工作的好壞程度，標準是指用作衡量或依據的原則或規范，產品質量關系到企業生存，而工作質量，特別是一線的工作質量不但與產品質量有關系。而且還關系到自身和他人的生命安全，采煤工作面的支護質量必須形成一定的標準并廣泛推廣。

采煤工作面大面積的支護是以單根支柱支護，頂板情況特殊處，采用特殊的支護形式，二者組成了一個支護整體，控制住頂板形成一個采煤的作業空間。就單根支柱的支護來講，支護的質量有支柱的柱距、排距、排數、角度、初撐力、支柱的長度、應采用哪一種類別的支柱、選用的支護形式是否合理等，如果有不合格，則說明支護的質量沒有達到要求，也即是留下了安全隱患。

支柱首先應排在一條直線上，前提必須是工作面煤壁是直線，工作面的各處承受的壓力才均勻，才形成壓力集中點。壓力集中點的頂板的壓力將比其它地段的壓力增加數倍，頂板就有可能失去控制而冒落。如果支柱的排數少于規定排數，就降低了整個工作面支護的支撐力，而出現切工作面的情況。如果采煤的推進度沒有按照《作業規程》推進，排距就會與推進度無法同步，造成排距過大或過小的情況。支柱的初撐力達不到要求，相當于該支柱沒有受力項板會提前離層冒落。支柱的長度不合適，如果是太短則初撐力達不到質量要求，成為無效支柱，如果支柱過長，支柱的角度則無法達到質量要求，仍然成為無效支柱：當支柱不夠長時，有的工人簡單地采用雙帽的形式，降低了支柱的穩定性，遇軟底應穿鞋。不然初撐力也達不到規定要求。支柱的柱距增大也會造成懸頂面積過大，兩支柱之間的頂板容易冒落，也就是所說的“漏檔”，而柱距過小也是不利于工人作業。支柱的角度沒有達到規定要求，該支柱受壓后就會產生一個分力，承受的壓力相對小很多，而且受壓后容易倒伏。

支架要支得起頂板，支架在工作全過程都能夠支撐住項板所施加的壓力。這里包括支撐力和可縮量兩個方面。如果支架支撐力不夠，支承不了頂板壓力而被損壞，就無法再支撐頂板，如果支架可縮量適應不了頂板下沉而被損壞也無法支撐頂板。當支架支不住頂板時，將會導致壓垮型冒項。老頂來壓時，頂板施加在支架上的壓力比平時大得多，頂板下沉量也比平時大，因此，支得住頂板主要是針對老頂的，目前煤礦選用的是自移式液壓支架及單柱支柱。只要選型合適，密度合理，就能起到支架的有效作用。直接頂內可能存在各種原生的以及采動的裂隙，從而使直接頂比較破碎，甚至出現如鍋底石，驢槽石，將軍帽等游離巖塊。采煤后，如果不及時支護這類頂板，則可能導致這些游離巖塊冒落，當放炮、移溜、翻打支架等工作不慎弄倒已支設好的支架時，也可能使這類游離巖塊冒落。回采工作面支架應護得好頂板，一方面要求采場支架能控制住工作面空間的頂板，使其不要及時冒落。另一方面保證回柱工人在能支護的作業點回撤，而一方面要護頂，另一方面要護人，兩者缺一不可。采場支架要穩得住頂板，要求支架是有抵抗來自層面方向的推力。一旦頂板要沿層面方向運動或旋轉，支架能抵抗得住，不至于被推倒。實踐證明，應用掩護式及支撐掩護式自移液壓支架的綜采工作面與應用單體液壓支柱的高檔發工作面，如果初撐力大，就不易發生推垮型冒頂，其原因就是因為支架對頂板能夠穩定得住。