大傾角綜采工作面上端頭支護關鍵技術研究及應用

【摘 要】眾所周知，煤礦開采屬于高危行業，而頂板事又屬于煤礦“五大災害”之一，因此煤礦在生產過程中務必要采取有效的支護措施，以防止頂板事故的發生。隨著科技水平的不斷發展，機械化水平的不斷提升，勞動強度不斷降低，本文僅對大傾角綜采工作面上端頭支護技術進行不斷進行探索、研究、應用。

【關鍵詞】大傾角;綜采;上端頭;支護;技術

1 礦井概況

新疆昌吉州瑪納斯縣天欣煤業有限公司煤礦（以下簡稱天欣煤礦）屬于改擴建礦井，設計生產能力0.9Mt/a。天欣煤礦井田范圍內地質構造簡單，巖層呈單斜狀產出，走向北西西～南東東，煤巖傾角29°～32°，東陡西緩。井田內煤巖層賦存穩定，地質構造不發育。礦井為低瓦斯礦井，煤層自燃傾向性為Ⅱ級，屬于自燃煤層，煤塵具有爆炸性。

2 綜采工作面概況

天欣煤礦首采工作面位于B13煤層西翼，工作面名稱為1E1302綜采工作面，走向長度為1024m，傾斜長度為80-165m，煤層平均煤厚為4.3m，平均傾角為31°。該工作面采用走向長壁后退式綜合機械化采煤工藝，一次采全高，采煤機進刀方式為機尾留三角煤斜切進刀。割煤方式為單向下行割煤。采空區頂板管理方法為全部垮落法。工作面配備MG400/970-WD型采煤機，SGZ764/500型刮板輸送機，ZY6800/21/45型液壓支架。上順槽使用ZQL2×5000/22/45型超前液壓支架，上下端頭分別使用ZYG6800/21/45型過渡液壓支架，同時下端頭使用2架ZT14500/21/40Z端頭液壓支架。

3 上端頭支護過程中出現的問題及解決方案

3.1支護過程中出現的問題

1E1302工作面上端頭采用ZYG6800/21/45型過液壓支架支護頂板，為了確保安全，礦井規定上端頭液壓支架頂梁與煤墻距離超過0.5m后采用單體液壓支柱配合π型梁對棚支護。由于回采工作面傾斜長度隨回采進度將有所變化，端頭處液壓支架距煤墻距離將隨之變化，需要及時增減對棚數量，且由于傾斜煤層端頭處巷道高度為4.3m，施工期間需要梯子、安全帶等設施輔助前移π型梁，頻繁使用對棚支護，施工難度大，勞動強度高。嚴重制約工作面安全、高效生產。

3.2 解決方案

經礦井技術人員現場跟班寫實，結合礦井煤層大傾角原因，由于煤層起伏變化及工作面支架上竄下滑，致使綜采工作面上端頭液壓支架距煤壁距離不固定，需及時調整支護數量和支護寬度以滿足上端頭支護安全可靠。經礦井技術人員反復研究、探討，并通過理論計算與鄭煤機廠家交換意見，最終在1E1302綜采工作面上端頭采用護板裝置進行支護，護板裝置分兩級支護，可根據上端頭寬度變化及時調整支護寬度，對頂板進行支護。護板裝置由液壓系統操作，人員可在液壓支架范圍內實施，提高了安全系數，確保頂板支護安全。

4 理論計算驗證

4.1工作面頂板壓力計算

4.1.1 偽頂一次冒落高度計算：H=M/（Rp-1）=0.6/（1.35-1）=1.72m式中：H --偽頂一次冒落高度m M --偽頂厚度m Rp--巖石膨脹系數取1.35

4.1.2 工作面頂板壓力計算：

P=H×D×L×Y×1.5=1.72×5.1×1.8×2.5×1.5 =59.2t

式中：P--工作面頂板壓力t D--工作面最大控頂距5.1m

H--偽頂一次冒落高度m Y--巖石空重取2.5 1.5--動壓系數

L--側護板到煤墻距離 a--煤層底板傾角

4.1.3 每平方米理論壓力計算：P理=P/s=59.2÷（3.7×1.5）=10.6t

式中：P理--每平方米理論壓力t/m2 P--工作面頂板壓力t

S--最大控頂距時頂板總面積m2

4.2 護板裝置支護頂板計算

4.2.1 當護板處于一級護頂時：

護板裝置支撐的力為5t。（參數來自廠家技術人員提供）

護板裝置支護頂板面積：1.5×3.7=5.55m2

上端頭護板頂板壓力計算：5.55×10.6=58.9t

上端頭共計使用10根單體柱，其中切頂柱打設4根單體柱（柱壓11.5MPa），護板下方打設4根單體柱（柱壓4-6MPa），護板與4號超前架護板處打設2根單體柱。

護板下方單體柱4×4=16t 6×9=54t 16+54+5=75t

上端頭頂板壓力與支護設計材料壓力對比：75t>58.9t

單體液壓支柱每根柱壓不小于4MPa，同時考慮到護板裝置鋼板材質受力要求和油缸抗拉強度，單體液壓支柱每根柱壓最大不得超過6MPa。

當護板裝置全部支撐時，一級側幫板和二級側幫板下方需各打設2根單體柱支護，柱壓4-6MPa。

4.2.2 當護板處于二級護頂時：

護板裝置支撐的力為7t。（參數來自廠家技術人員提供）

一級護板支護頂板面積：1×3.7=3.7m2

上端頭護板頂板壓力計算：3.7×10.6=39.3t

使用2根單體液壓支柱：4×2=8t 6×9=54t 7+8+54=69t

上端頭頂板壓力與支護設計材料壓力對比：69t>39.3t

單體液壓支柱每根柱壓不小于4MPa，同時考慮到護板裝置鋼板材質受力要求和油缸抗拉強度，單體柱每根柱壓最大不得超過6MPa。

當護板裝置一級側幫板支撐時，一級側幫板下方需打設2根單體柱支護，柱壓4-6MPa。

5 護板裝置支護上端頭的安全效益和經濟效益

5.1 安全效益

1E1302綜采工作面上端頭采用護板裝置進行支護，護板裝置分兩級支護，可根據上端頭寬度變化及時調整支護寬度，減少使用π型梁支護。護板裝置使用后，單體液壓支柱使用數量明顯下降，原單體液壓支柱使用數量最少為21根，現正常使用數量為10根，極大的減少了使用數量，有效提高了安全系數，較小勞動強度。確保了工作面上端頭安全出口空間，有效提高了工作面的安全避災能力。工作面上端頭工作巷道高度高，π型梁支護期間，需搭設架子進行π型梁前移支護，施工難度大，安全系數低，施工時間長，制約回采進度;更換護板裝置后，取消了π型梁，有效提高了施工安全和施工效率。

5.2 經濟效益

護板裝置由液壓系統操作，人員可在液壓支架范圍內實施，實現了機械化操作，提高了安全系數，在施工工程中有效減少施工人員數量，人員數量由原來的7人減少至3人，每月減少人員工資支出約4萬元。

6 結束語

大傾角綜采工作面上端頭支護關鍵技術通過對支架側護板進行改造，增加一級和二級護板對上端頭支架與煤墻超寬段進行支護。該護板可以適應上端頭支架頂梁與煤墻之間的變化距離，有效替代傳統的π型梁配合單體柱使用對棚支護，不但滿足支護強度，而且大大降低了勞動強度，提高支護效率，消除了人員操作

π型梁可能帶來的安全風險，保障了上端頭支護的安全性和可靠性。

參考文獻：

[1]趙晨光.大傾角綜采工作面開采技術探析[J].能源與節能，2015，（4）.

作者簡介：

吳金鎖（1988-），男，甘肅莊浪人，本科學歷，采礦工程專業，現在瑪納斯縣天欣煤業有限公司從事煤礦開采技術工作。

（作者單位：新疆瑪納斯縣天欣煤業有限公司）