某礦大傾角煤層回采巷道頂板結構體穩定性分析

石長青

(山西焦煤霍州煤電集團團柏煤礦)

某礦大傾角煤層回采巷道頂板結構體穩定性分析

石長青

(山西焦煤霍州煤電集團團柏煤礦)

大傾角煤層回采巷道頂板結構體穩定性關系著煤炭開采的順利進行。以某礦為例，對主要采煤方法及工藝流程進行了詳細討論，在此基礎上對煤層回采巷道頂板結構穩定性進行了分析，對于確保該礦安全生產有一定的參考價值。

大傾角煤層 回采巷道 頂板結構 穩定性分析

煤炭資源是我國的主要能源之一，據統計，我國約有17%的煤層為大傾角煤層，開采難度較大，易發生安全事故，導致開采過程中斷[1-4]。隨著綜采技術的不斷完善，大傾角煤層開采技術已取得較大發展。但大傾角巷道頂板支護問題仍是制約該類煤層安全開采的主要因素。故本研究以某礦為例，進行大傾角煤層回采巷道頂板結構穩定性分析。

1 工程概況

1.1 礦山概況

某煤礦位于山西省霍州，煤層平均厚度2.55 m，工作面為較復雜的結構煤層；含一層夾矸，以泥巖、炭質泥巖為主，煤層傾角 2°～14°，平均6°；煤層層理呈發育狀態，煤層節理呈中等發育狀態。由于該煤層地質情況復雜，據勘查顯示，影響該煤礦工作面生產的主要含水層為K2、O2灰巖溶隙含水層，其中，K2灰巖位于煤層上部，距煤層平均為3.05 m，為該煤層工作面的直接充水水源，涌入方式以淋水為主。

1.2 采煤方法及工藝流程

針對該礦煤層特殊情況，采用綜合機械化沿煤層頂底板一次采全高傾向長壁采煤法，采空區采用全部垮落法處理，具體回采工藝流程如圖1所示。

圖1 煤層回采主要工藝流程

(1)割煤、裝煤。工作面采用端頭斜切進刀方式，機組由機頭(尾)開始牽引割煤，機組前滾筒割上刀煤，后滾筒割下刀煤。割過煤后，要求煤壁平直，并與頂底板垂直，最小采高應保證采煤機順利通過。

(2)運煤。工作面采用雙鏈可彎曲刮板輸送機運煤，順槽采用可伸縮膠帶輸送機，最后通過皮帶機頭溜煤斗卸至二采區水平皮帶巷皮帶上。

(3)移架。割煤前，首先將滾筒前方支架護板收回，并按機組前進進度依次收回，到位后搬動升柱手把，確保支架接頂嚴實。

(4)推溜。采煤機割過煤后15 m，即可順序推溜，推溜時須多架支架同時操作，以防溜子出現急彎或脫節，推溜時根據情況可多次或一次推到位。

(5)清煤。拉架、推溜后即可沿工作面切巷擋煤板與支架底座間進行清煤，確保2 m2內浮煤厚度小于30 mm，且無大塊煤矸。

(6)推移轉載機。推移轉載機時，應清理該區段范圍內的雜物，檢查移動范圍內支柱、支護及設備情況，頂推時，作業區域內嚴禁有人停留，操作應統一指揮，防止損壞設備。

2 回采巷道頂板結構穩定性分析

2.1 煤層工作面頂板控制

兩巷超前、端頭及封口柱應按標準設置，距煤壁5 m范圍內應加密支柱，同時在臨近工作面側向切頂線處應設戧柱。工作面停采前應有效控制采高，同時，工作面過斷層應加強支架管理，并控制好設備運行，嚴禁設備出現運行不暢或“帶病”運轉等現象。工作面頂板破碎冒落一定距離后，應進行構頂操作，以免出現危險。

2.2 正巷、副巷超前維護方式

基于該礦工作面基本情況，在工作面煤壁10 m內設2排支柱，同時，向工作面煤壁起臨近工作面一側設單排支柱，支柱間距應滿足作業人員行走要求，超前支護可根據實際情況適當延長。副巷可采用超前支護進行支撐，設后置式支架。兩巷頂板不平或局部漏頂處須采取有效措施，超前支護應保證其可靠性(圖1)。

圖1 工作面及巷道平面(單位:m)

2.3 機頭及機尾支護方式選擇

當工作面兩端頭支架與煤柱間距小于1.2 m時，采用單體柱配合金屬小梁進行支護。工作面往外20 m范圍內，高度不得小于1.8 m，寬度不得小于0.8 m，否則須制定專項措施，確保安全出口符合規定。安全出口須安設專人維護，確保安全出口范圍內支護完好合格，無淤泥積水、無雜物，確保通風、行人，運輸斷面規格符合規定。

2.4 封口柱支護方式選擇

封口柱采用長為1 m的π梁配合單體支柱支護，小梁與巷道平行支設，柱間距0.3 m，基本支架與煤壁間距小于0.3 m時不進行支護，大于0.3 m時，每0.3 m支設一根單體柱配合長1 m的金屬小梁，嚴禁提前回柱和同時回多根支柱。回撤封口柱須采用機械回柱，回柱時，兩人操作，一人操作回柱手把卸液，一人觀察頂板情況，選擇安全可靠的地點懸掛拔柱器，若發現異常，立即停止回柱作業進行處理。

3 礦壓及支護質量監測內容

為加強對煤層回采穩定性與安全性管理與控制，應加大礦壓觀測力度，如支架阻力觀測、巷道圍巖變形觀測、巷道頂底板移近量觀測、順槽超前支護范圍內單體液壓支柱阻力觀測以及支護質量動態監測等。對于支護監測，監測內容需包括支架初撐力、煤壁片幫情況、梁端距、采高及端面頂板冒落情況、兩順槽單體支柱初撐力、超前支護質量等。

4 結 語

以某礦為例，分析了該礦采煤方法及工藝流程，對該礦回采巷道頂板結構穩定性進行了分析，并對該礦礦壓及支護質量的監測內容進行了討論，對于確保井下煤層安全回采有一定的借鑒價值。

[1] 嚴 紅，何富連，徐騰飛，等.高應力大斷面煤巷錨桿索桁架系統試驗研究[J].巖土力學，2012(S)：257-262.

[2] 王漢鵬，李術才，李為騰，等.深部厚煤層回采巷道圍巖破壞機制及支護優化[J].采礦與安全工程學報，2012(5)：631-636.

[3] 張向陽，楊 科.不同煤層傾角錨桿支護巷道圍巖受力特征物理模擬研究[J].煤礦開采，2014(2)：58-62.

[4] 單仁亮，孔祥松，李 斌，等.大斷面直墻半圓拱巷道支護設計與優化[J].中國礦業，2014(1)：87-91.

2016-09-01)

石長青(1975—)，男，工程師，031400 山西省霍州市。