大傾角綜采工作面上端頭支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用

【摘 要】眾所周知，煤礦開(kāi)采屬于高危行業(yè)，而頂板事又屬于煤礦“五大災(zāi)害”之一，因此煤礦在生產(chǎn)過(guò)程中務(wù)必要采取有效的支護(hù)措施，以防止頂板事故的發(fā)生。隨著科技水平的不斷發(fā)展，機(jī)械化水平的不斷提升，勞動(dòng)強(qiáng)度不斷降低，本文僅對(duì)大傾角綜采工作面上端頭支護(hù)技術(shù)進(jìn)行不斷進(jìn)行探索、研究、應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】大傾角;綜采;上端頭;支護(hù);技術(shù)

1 礦井概況

新疆昌吉州瑪納斯縣天欣煤業(yè)有限公司煤礦（以下簡(jiǎn)稱(chēng)天欣煤礦）屬于改擴(kuò)建礦井，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力0.9Mt/a。天欣煤礦井田范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，巖層呈單斜狀產(chǎn)出，走向北西西～南東東，煤巖傾角29°～32°，東陡西緩。井田內(nèi)煤巖層賦存穩(wěn)定，地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育。礦井為低瓦斯礦井，煤層自燃傾向性為Ⅱ級(jí)，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(chēng)為1E1302綜采工作面，走向長(zhǎng)度為1024m，傾斜長(zhǎng)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(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化采煤工藝，一次采全高，采煤機(jī)進(jìn)刀方式為機(jī)尾留三角煤斜切進(jìn)刀。割煤方式為單向下行割煤。采空區(qū)頂板管理方法為全部垮落法。工作面配備MG400/970-WD型采煤機(jī)，SGZ764/500型刮板輸送機(jī)，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(guò)渡液壓支架，同時(shí)下端頭使用2架ZT14500/21/40Z端頭液壓支架。

3 上端頭支護(hù)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方案

3.1支護(hù)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題

1E1302工作面上端頭采用ZYG6800/21/45型過(guò)液壓支架支護(hù)頂板，為了確保安全，礦井規(guī)定上端頭液壓支架頂梁與煤墻距離超過(guò)0.5m后采用單體液壓支柱配合π型梁對(duì)棚支護(hù)。由于回采工作面傾斜長(zhǎng)度隨回采進(jìn)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(shí)增減對(duì)棚數(shù)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(shè)施輔助前移π型梁，頻繁使用對(duì)棚支護(hù)，施工難度大，勞動(dòng)強(qiáng)度高。嚴(yán)重制約工作面安全、高效生產(chǎn)。

3.2 解決方案

經(jīng)礦井技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)跟班寫(xiě)實(shí)，結(jié)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(shí)調(diào)整支護(hù)數(shù)量和支護(hù)寬度以滿(mǎn)足上端頭支護(hù)安全可靠。經(jīng)礦井技術(shù)人員反復(fù)研究、探討，并通過(guò)理論計(jì)算與鄭煤機(jī)廠家交換意見(jiàn)，最終在1E1302綜采工作面上端頭采用護(hù)板裝置進(jìn)行支護(hù)，護(hù)板裝置分兩級(jí)支護(hù)，可根據(jù)上端頭寬度變化及時(shí)調(diào)整支護(hù)寬度，對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)。護(hù)板裝置由液壓系統(tǒng)操作，人員可在液壓支架范圍內(nèi)實(shí)施，提高了安全系數(shù)，確保頂板支護(hù)安全。

4 理論計(jì)算驗(yàn)證

4.1工作面頂板壓力計(jì)算

4.1.1 偽頂一次冒落高度計(jì)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(shù)取1.35

4.1.2 工作面頂板壓力計(jì)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(dòng)壓系數(shù)

L--側(cè)護(hù)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(jì)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(shí)頂板總面積m2

4.2 護(hù)板裝置支護(hù)頂板計(jì)算

4.2.1 當(dāng)護(hù)板處于一級(jí)護(hù)頂時(shí)：

護(hù)板裝置支撐的力為5t。（參數(shù)來(lái)自廠家技術(shù)人員提供）

護(hù)板裝置支護(hù)頂板面積：1.5×3.7=5.55m2

上端頭護(hù)板頂板壓力計(jì)算：5.55×10.6=58.9t

上端頭共計(jì)使用10根單體柱，其中切頂柱打設(shè)4根單體柱（柱壓11.5MPa），護(hù)板下方打設(shè)4根單體柱（柱壓4-6MPa），護(hù)板與4號(hào)超前架護(hù)板處打設(shè)2根單體柱。

護(hù)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(hù)設(shè)計(jì)材料壓力對(duì)比：75t>58.9t

單體液壓支柱每根柱壓不小于4MPa，同時(shí)考慮到護(hù)板裝置鋼板材質(zhì)受力要求和油缸抗拉強(qiáng)度，單體液壓支柱每根柱壓最大不得超過(guò)6MPa。

當(dāng)護(hù)板裝置全部支撐時(shí)，一級(jí)側(cè)幫板和二級(jí)側(cè)幫板下方需各打設(shè)2根單體柱支護(hù)，柱壓4-6MPa。

4.2.2 當(dāng)護(hù)板處于二級(jí)護(hù)頂時(shí)：

護(hù)板裝置支撐的力為7t。（參數(shù)來(lái)自廠家技術(shù)人員提供）

一級(jí)護(hù)板支護(hù)頂板面積：1×3.7=3.7m2

上端頭護(hù)板頂板壓力計(jì)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(hù)設(shè)計(jì)材料壓力對(duì)比：69t>39.3t

單體液壓支柱每根柱壓不小于4MPa，同時(shí)考慮到護(hù)板裝置鋼板材質(zhì)受力要求和油缸抗拉強(qiáng)度，單體柱每根柱壓最大不得超過(guò)6MPa。

當(dāng)護(hù)板裝置一級(jí)側(cè)幫板支撐時(shí)，一級(jí)側(cè)幫板下方需打設(shè)2根單體柱支護(hù)，柱壓4-6MPa。

5 護(hù)板裝置支護(hù)上端頭的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益

5.1 安全效益

1E1302綜采工作面上端頭采用護(hù)板裝置進(jìn)行支護(hù)，護(hù)板裝置分兩級(jí)支護(hù)，可根據(jù)上端頭寬度變化及時(shí)調(diào)整支護(hù)寬度，減少使用π型梁支護(hù)。護(hù)板裝置使用后，單體液壓支柱使用數(shù)量明顯下降，原單體液壓支柱使用數(shù)量最少為21根，現(xiàn)正常使用數(shù)量為10根，極大的減少了使用數(shù)量，有效提高了安全系數(shù)，較小勞動(dòng)強(qiáng)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(zāi)能力。工作面上端頭工作巷道高度高，π型梁支護(hù)期間，需搭設(shè)架子進(jìn)行π型梁前移支護(hù)，施工難度大，安全系數(shù)低，施工時(shí)間長(zhǎng)，制約回采進(jìn)度;更換護(hù)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(jīng)濟(jì)效益

護(hù)板裝置由液壓系統(tǒng)操作，人員可在液壓支架范圍內(nèi)實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化操作，提高了安全系數(shù)，在施工工程中有效減少施工人員數(shù)量，人員數(shù)量由原來(lái)的7人減少至3人，每月減少人員工資支出約4萬(wàn)元。

6 結(jié)束語(yǔ)

大傾角綜采工作面上端頭支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)通過(guò)對(duì)支架側(cè)護(hù)板進(jìn)行改造，增加一級(jí)和二級(jí)護(hù)板對(duì)上端頭支架與煤墻超寬段進(jìn)行支護(hù)。該護(hù)板可以適應(yīng)上端頭支架頂梁與煤墻之間的變化距離，有效替代傳統(tǒng)的π型梁配合單體柱使用對(duì)棚支護(hù)，不但滿(mǎn)足支護(hù)強(qiáng)度，而且大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高支護(hù)效率，消除了人員操作

π型梁可能帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)，保障了上端頭支護(hù)的安全性和可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙晨光.大傾角綜采工作面開(kāi)采技術(shù)探析[J].能源與節(jié)能，2015，（4）.

作者簡(jiǎn)介：

吳金鎖（1988-），男，甘肅莊浪人，本科學(xué)歷，采礦工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)在瑪納斯縣天欣煤業(yè)有限公司從事煤礦開(kāi)采技術(shù)工作。

（作者單位：新疆瑪納斯縣天欣煤業(yè)有限公司）