西銘煤礦43104工作面頂板控制技術(shù)探討

李 楠

（山西焦煤西山煤電(集團(tuán))有限責(zé)任公司西銘礦，山西 太原 030052）

1 工程概況

西銘煤礦43104工作面井下位于西十一采區(qū)，開(kāi)采3號(hào)煤層，工作面東鄰43106采空區(qū)，南鄰3號(hào)煤回風(fēng)巷，西部為43102工作面已回采，北為隨老母斷層。該工作面上覆2號(hào)煤已回采，北部切眼附近為巨成礦2號(hào)煤小窯破壞區(qū)。2號(hào)煤與3號(hào)煤層間距7～15 m，平均11 m左右。

3號(hào)煤層厚度為1.20～2.60 m，平均厚度1.90 m。工作面南部局部地段煤層有變薄現(xiàn)象。煤層平均傾角為5°。屬于全區(qū)穩(wěn)定可采煤層。3號(hào)煤層頂?shù)装鍘r層情況見(jiàn)表1。

43104工作面采用綜合機(jī)械化一次采全高采煤工藝，選用ZZ3600/14/28型支撐掩護(hù)式液壓支架支護(hù)，采用全部垮落法管理頂板，移架后頂板自行垮落。

表1 43104工作面頂?shù)装鍘r性

2 綜采支架選型

1）工作面礦壓強(qiáng)度

式中：P為支護(hù)強(qiáng)度，kN/m2；n為增載系數(shù)，取2；R為頂板巖層容重，取25 kN/m3；∑h為直接頂厚度，m；K為碎脹系數(shù)，取1.25；M為采高，取平均煤層厚度1.9 m。

代入數(shù)據(jù)得：∑h=M/（K-1）=1.9/（1.25-1）=7.6 m，P=2×7.6×25=380 kN/m2。

2）支架需要支護(hù)強(qiáng)度

式中：Q為液壓支架需要支護(hù)強(qiáng)度，kN；P為支護(hù)強(qiáng)度，取計(jì)算值380 kN/m2；b為端面距，取0.34 m；L為頂梁長(zhǎng)度，取3.74 m；B為支架中心距，取1.5 m；n為支架效率，取0.98。

代入數(shù)據(jù)得：Q=P（b+L）B/n=380（0.34+3.74）×1.5/0.98=2373 kN

根據(jù)上述計(jì)算要求及43104工作面具體地質(zhì)條件，選擇ZZ3600-14/28型支撐掩護(hù)式液壓支架。工作面安裝支架數(shù)為131臺(tái)。其主要參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 ZZ3600-14/28型液壓支架的技術(shù)特征

3）支架底板比壓驗(yàn)算

式中：R1為架工作阻力，取3600 kN；P底壓為支架對(duì)底板的壓強(qiáng)；B為支架底座寬度，取1.5 m；L1為支架底座長(zhǎng)度，取2.9 m。

代入數(shù)據(jù)得：P底壓=0.83 MPa。

由于43104工作面底板為頁(yè)巖，普氏系數(shù)為2.5，即底板可承受的允許比壓25 MPa。

因此，可得P＞P底壓，43104工作面選擇ZZ3600-14/28型液壓支架，工作面支架不會(huì)出現(xiàn)鉆底現(xiàn)象，支架選型合理。

3 綜放工作面頂板控制

1）工作面來(lái)壓步距

通過(guò)類(lèi)比分析與43104工作面相鄰的已經(jīng)回采的43102工作面開(kāi)采技術(shù)條件，兩個(gè)工作面相鄰且同為開(kāi)采3號(hào)煤層，地質(zhì)條件類(lèi)似，43102工作面的頂板運(yùn)移規(guī)律即可以為43104工作面頂板控制提供理論支撐。

通過(guò)對(duì)43102工作面開(kāi)采過(guò)程中的頂板運(yùn)移破斷規(guī)律進(jìn)行分析，當(dāng)工作面推進(jìn)20 m時(shí)，直接頂已全部垮落，即工作面初次來(lái)壓步距為20 m。隨著工作面的推進(jìn)，當(dāng)推進(jìn)距離達(dá)到35 m時(shí)，頂板又一次垮落，且推進(jìn)到50 m時(shí)，工作面頂板繼續(xù)垮落。由此可以推斷出周期來(lái)壓步距為15 m。

因此，43104工作面開(kāi)采時(shí)，其初次來(lái)壓步距預(yù)估為20 m，周期來(lái)壓步距預(yù)估為15 m。在開(kāi)采過(guò)程中，重點(diǎn)對(duì)工作面頂板來(lái)壓時(shí)的液壓支架進(jìn)行監(jiān)測(cè)，合理確定頂板控制措施，防止發(fā)生安全事故。

2）兩巷超前支護(hù)

皮帶巷、軌道巷采用DW31.5-200/110型單體液壓支柱配3.4 m長(zhǎng)π型梁進(jìn)行超前支護(hù)，“一梁兩柱”，柱距為1.0 m，排距為3.0 m。超前支護(hù)距離不少于20 m。同時(shí)工作面向外補(bǔ)打15 m以上的中柱，中柱距煤體幫1.1 m，距煤柱幫2.5 m，采用“一梁三柱”支護(hù)。遇斷層或頂板壓力大時(shí)，超前維護(hù)距離延伸至20 m以外，并縮小棚距加強(qiáng)支護(hù)。兩巷π型梁只允許超前一個(gè)循環(huán)回收。超前單體支柱采用鋼絲繩連接，首末端分別與頂錨桿相連，連接固定高度距底板不小于為1.5 m。

3）端頭支護(hù)

機(jī)頭、機(jī)尾采用單體液壓支柱戴π型梁鐵柱帽點(diǎn)柱進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，柱距0.8 m，排距1.0 m。π型梁柱帽規(guī)格550 mm×90 mm×60 mm，π型梁柱帽方向與巷道方向垂直。

保證端頭支架及端頭支柱的推移和工作面的推進(jìn)步調(diào)一致。

4）進(jìn)、回風(fēng)隅角雙排密集支柱支護(hù)

進(jìn)、回風(fēng)隅角采用雙排密集支柱切頂，液壓支柱戴π型梁柱帽切頂柱距0.5 m，排距0.8 m。后排支柱與支架后沿保持一致。

回撤切頂支柱時(shí)，堅(jiān)持“先支后回”的原則。用專(zhuān)用卸載手把進(jìn)行回撤，再將回撤的支柱按規(guī)定打好。為保證切頂支柱回撤安全，在回撤切頂支柱與拉移端頭支架時(shí)，要先移出切頂支柱后再移架。

5）特殊條件下的頂板管理

（1）過(guò)落差≤0.6 m的斷層或巖普氏系數(shù)f≤4時(shí)，可用采煤機(jī)直接切割巖，但須放慢牽引速度，且工作面頂、底板必須平緩過(guò)渡，不得出現(xiàn)0.2 m以上臺(tái)階，移架時(shí)不接頂?shù)闹Ъ茼斄荷媳仨殙|柱帽等材料。

（2）當(dāng)工作面過(guò)落差較大的斷層時(shí)，需指定專(zhuān)項(xiàng)安全措施。

（3）工作面煤壁片幫距離超過(guò)0.3 m時(shí)，需提前移架，并在支架上插2根梁用來(lái)控制頂板巖層。

4 礦壓觀測(cè)

為了進(jìn)一步驗(yàn)證43104綜采工作面支護(hù)方式的合理性，針對(duì)工作面液壓支架受力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。選取工作面具代表性的第15、35、50號(hào)支架工作阻力觀測(cè)記錄情況見(jiàn)圖3。

圖3 工作面支架工作阻力變化規(guī)律

由圖3可知，43104工作面來(lái)壓持續(xù)時(shí)間較短，工作面推進(jìn)時(shí)，液壓支架工作阻力沒(méi)有超過(guò)額定阻力，工作面可以保證安全開(kāi)采。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)相鄰工作面的礦壓規(guī)律進(jìn)行分析，得到西銘礦43104工作面初次來(lái)壓步距為20 m，周期來(lái)壓步距為15 m。工作面采用ZZ3600-14/28型支撐掩護(hù)式液壓支架支護(hù)，兩巷超前及兩端頭支護(hù)采用DW31.5-200/110型單體液壓支柱，并制定了不同情況下的具體頂板控制措施。通過(guò)對(duì)液壓支架的工作阻力監(jiān)測(cè)，目前采取的頂板控制措施可以保證43104工作面的安全開(kāi)采。