《急倾斜不规则煤层回采工作面顶板控制的方法和途径》由会员分享，可在线阅读，更多相关《急倾斜不规则煤层回采工作面顶板控制的方法和途径（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、急倾斜不规则煤层回采工作面顶板控制的方法和途径刘子清 张 军南桐矿业有限责任公司砚石台煤矿摘 要 本文针对急倾斜不规则煤层回采工作面顶板难以管理的特性。对伪斜掩护支架和伪斜分段走向密集相结合的采煤方法在该类型工作面的顶板管理进行剖析，着重从掩护支架架头、架尾和两种采煤方法交界处等重点部位进行探讨。文章总结了应用所取得的经验成果，提出了可行的现场控制措施，对急倾斜不规则煤层的开采具有一定的应用价值。关键词 急倾斜 不规则 顶板管理 掩护支架 分段密集一概况南桐矿业公司砚石台煤矿位于重庆市万盛区中北部。井田地处四川赤色盆地东南缘，位于鲜家坪大背斜强烈倒转的西翼。井田受地层倒转和构造运动的叠加影响，
2、地质构造十分复杂，大小断层纵横交错，煤层沿走向和倾向厚度变化频繁，属于类地质矿井。煤系地层为二叠系龙潭煤组，下伏岩层为早二叠系厚层状茅口组石灰岩，上覆岩层为晚二叠系中厚层状长兴组石灰岩。可采煤层为倒转后的4#、6#煤层，煤层赋存极不稳定，在同一开采区域内倾角和厚度变化频繁，煤层平均变异系数为67%。4#煤层厚度0.16m，平均厚度m，煤层倾角070，平均50；6#煤层厚度0.15，平均厚度1.7，煤层倾角075,平均55。4#煤层和6#煤层均不同程度的受煤层走向或倾向断层影响，导致煤层歼灭。如4601N3段回采工作面下部走向长200m，倾向长15m范围内煤厚00.4m；4402N2段回采工作面
3、下部走向150m，倾向25m范围内煤层被断开。回采工作面均为 3568的大倾角工作面，且煤厚变化异常。我们把具有这些类似赋存特点的煤层称之为急倾角不规则煤层。可采煤层伪顶均为0.2m左右的高炭泥岩，随采随落；直接顶为结构松散、破碎的粘土泥岩和砂泥岩互层，属类极不稳定型直接顶；老顶为约12m的硅质灰岩，周期来压显现十分明显，来压强度较高；直接底为炭质泥岩及砂泥岩，十分松软，支柱易钻底。二急倾角不规则煤层回采工作面采煤方法选择急倾角不规则煤层的赋存特点决定其采煤方法较为落后。九十年代以前均采用仓储式、倒台阶、正台阶、走向长壁、伪斜分段走向密集等采煤方法，由于煤层倾角大，支柱不稳而导致工作面垮塌、溜
4、煤伤人等事故频发。当煤厚大于2.2m时，回采难度相当大，对顶板煤或底板煤的支护质量要求很高，稍有疏忽就有工作面垮塌的危险，形成了“怕厚”的毛病。初次来压和周期来压更是难以控制。而且其资源回收率低、坑耗高。九十年代后期较多的推广伪斜柔性掩护支架采煤法，克服了上述采煤方法的弱点，但又出现了压薄区域无法推进的新问题，只有回撤掩护支架或者采矸石推进，导致产量低、煤质差。又形成了“怕薄”的毛病。综合上述两种采煤方法的优缺点，我们尝试将伪斜柔性掩护支架（见图1）采煤法和伪斜分段走向密集法进行互补，在同一急倾斜不规则煤层回采工作面同时进行配套使用。由于伪斜柔性掩护支架采煤法其效果明显，回采现场易于操作，决定
5、采用伪斜柔性掩护支架采煤法为主、伪斜分段走向密集采煤法为辅的综合采煤方法进行回采（见图2）。经试用证明，这种综合采煤方法是切实可行的，且收效明显。采煤工艺：采用风镐落煤，人工扒煤。三急倾斜不规则煤层回采工作面顶板控制顶板管理方法：采用全部垮落法。伪斜柔性掩护支架采煤法为主、伪斜分段走向密集采煤法为辅的综合采煤方法，是解决急倾斜不规则煤层回采工作面顶板管理的重要措施。但是掩护支架架头、架尾和两种采煤方法交界处等重点部位是顶板管理的重点环节，也是较为薄弱的地方。采用该采煤方法回采工作面的初采初放和收尾是顶板管理的一大难点。1、伪斜柔性掩护支架采煤法为主、伪斜分段走向密集采煤法为辅的综合采煤方法对急
6、倾斜不规则煤层回采工作面顶板管理的优点采煤工作面煤壁前方10m至煤壁后方15m为应力相对降低区，除此范围内的前方煤壁和后方采空区为应力增高区。形成了以煤壁及采空区垮落带为前后支承点的半拱式平衡，所以采场空间处于低应力状态。采场支护的面积越小，支护材料承受的压力就越小。掩护支架减小了采场空间，使半拱式平衡承受了更多的应力，大大减小了采场支护应力。掩护支架采用工字钢按工程力学原理制成的，加之有单体液压支柱控制掩护支架，足以承担掩护支架背顶的煤矸重力和应力。而掩护支架之间又采用卡心木料卡紧卡牢，因而不会发生煤矸沧漏事故。掩护支架凹向煤壁安装，两端紧贴底板和煤壁，两端腿子将掩护支架背顶的煤矸重力和地应
7、力传递给底板和煤壁。掩护支架采用四根新钢绳连接成整体，不会出现钢绳断裂、掩护支架散落的现象。因此掩护支架的安全承受强度是勿容置疑的。如回采工作面煤层赋存较好时，从而保证工作面全部采用掩护支架采煤法回采，减小支护难度，对顶板控制更有利。伪斜分段走向密集采煤法采用单体液压支柱配合木开块支护顶底板，形成人工假顶，全面背护顶板、底板。由于工作面采用伪斜分段密集采煤法的长度较短，按照0.8m柱排距进行支护，按倾向每隔1.6m做一段走向密集，控顶距在4.8m内，足以承受采空区煤矸重力和应力。2、回采工作面初采初放的顶板管理“”型开切眼工作面或伪斜开切眼工作面，多采用伪斜柔性掩护支架采煤法进行初采初放，因为
8、其顶板管理的难度较小。先用单体液压支柱配合木料在开切眼内采用托梁形式加固工字钢支架。安装掩护支架前先在转拐点以上10m处，用单体液压支柱配合木料做一段牢固的走向密集假顶替换工字钢支架，先采地沟，再安装掩护支架直至风巷。拐点处的走向密集假顶也作为掩护支架的架尾密集，走向密集的单体支柱间距必须小于30cm，在其上铺上材料垫层，保证其牢固可靠。在安装掩护支架的同时，对工字钢支架进行回收，但回收点必须滞后安架架头2m，不得超过3m，确保架头不沧漏矸。随着工作的不断推进，架尾密集不断下落，直到完成初采初放。掩护支架架尾的下落必须有走向密集进行控制，当下一段走向密集作好后，上一段走向密集才能进行回收。当煤
9、层较厚时，则要全面进行扛背底板煤，一般不留背顶板煤。工作面回采经半月左右会发生初次来压，即工作面推进3040m。工作面在初采初放期间，禁止放顶煤，使采空区得到充填。初采初放期间，必须将掩护支架内的控架支柱加密到1m/根，掩护支架两端腿子必须紧贴底板和煤壁，严禁出现顶板暴露。掩护支架架尾密集必须增打成双排走向密集。若因煤层压薄，出现顶板暴露，必须加打临时支柱以加强支护。柔性掩护支架采煤法，初安装掩护支架只需5天，初放在半月完成，初次来压后采空区充填满可认定初采初放结束，因此，工作面定初采初时间短，减少顶板管理难度。 3、煤层倾角小于55时的顶板控制当煤层倾角小于55时，顶板管理难点在于掩护支架的
10、放架和撤架。采用单体液压支柱做控制动力改变掩护支架在工作面的运动状态，以达到安全放架、安全顶板管理的目的。单体液压支柱的即时升压、卸压的特点，能灵活控制掩护支架的运动方向，从而使掩护支架的移动在人为操作的掌控中，达到有效控制。这一特点对煤层倾角小于55时的掩护支架移放架起到相当重要的作用。将单体液压支柱底端打在煤壁或顶板上，顶端反撑在掩护支架的顶板侧梁上，使掩护支架紧贴底板并受到一个伪斜向上的力。掏空掩护支架底板侧梁下的煤矸，给单体支柱升压以抬高掩护支架，使掩护支架脱离底板向下运动，移动后，使掩护支架重新达到平衡，从而解决无动力放架导致仰架大面积暴露顶板的难点。值得注意的是在掏空掩护支架底板侧
11、梁下的煤矸时，要将掩护支架控制牢，防止下滑。放架前，先清找顶板悬矸，检查掩护支架连接处是否有漏矸现象。如掩护支架不能紧贴顶板，用材料将掩护支架与顶板的间隙扛背好，确保放架时不沧漏矸。4、煤层压薄区的顶板管理煤层压薄区是指该区域的煤厚小于1.5m（掩护支架的内径为1.7m），采用掩护支架回采需要仰架或采矸石推进。根据压薄区煤层被压薄面积大小，分为小面积压薄区和大面积压薄区。小面积压薄区是指压薄区的走向长小于10m且伪斜长小于10m的压薄范围，大之则为大面积压薄区。1)小面积压薄区的顶板控制压薄区煤厚在0.8m1.5m的条件下，可保持完整的顶底板进行放架，不用采矸石，在技术上突破常规掩护支架翻架的
12、概念，以单体液压支柱作动力，让掩护支架后仰，但顶板腿子必须贴紧顶板。放架时让掩护支架在上部采空区矸石的压力作用下以及在上下方掩护支架的带动下，顺煤层顶底板自然下移。控架采用短单体液压支柱加密控制，用单体液压支柱和木材料配合支护暴露的顶板，如顶板破碎则要用材料进行全面背护。解决了人为挑顶而破坏顶板和暴露大面积顶板带来的顶板管理难点问题。压薄区煤厚小于0.8m时，则要强行采矸石使将掩护支架通过，一般情况下采底板矸石，不破坏顶板。2)大面积压薄区的顶板管理采用小面积压薄区顶板管理技术应用于大面积压薄区时，对整个工作面造成整体移架困难、顶板暴露面积太大，因而不适用于大面积压薄区。由于掩护支架采煤法“怕
13、薄”，不能通过大面积压薄区，利用伪斜分段走向密集采煤法“怕厚”，适应薄煤层回采的特点，采用两种采煤方法进行互补，因此用伪斜分段走向密集采煤法推进大面积压薄区。同时采用两种采煤方法进行回采，其技术关键是作走向密集断绳撤架、两种采煤方法交界处的顶板控制。根据压薄区在工作面存在的部位，可分为上部压薄区、中部压薄区、下部压薄区。采用柔性掩护支架与伪斜分段走向密集相结合的采煤方法来推进大面积压薄区，可将上部压薄区与下部压薄区处理视为中部压薄区的一种特殊情况。第一：切断钢绳前的工作准备。根据压薄区的出露情况选择掩护支架钢绳的切断点、切断方式、断绳前后支护措施（见图3）。将掩护支架钢绳的切断点选择在压薄区的
14、下边缘，有利于根据倾斜方向压薄区确定实际撤架长度。工作面由下往上撤架，便于操作。工作面首先在压薄区继续向前推进，上部视情况适当推进，在采出的压薄空间范围内，用单体液压支柱支护，保证初撑力达90KN以上，边采边支，支柱柱、排距均为0.8。顶底板均采用材料垫背，顶板破碎则全面背护，压力较大时架设木垛、抬棚控制顶板。压薄区下边缘设第一排走向密集支柱，以支托断绳后上部掩护支架的架尾和采空区矸石，并沿倾斜向上每隔1.6m设一排走向密集支柱。同时，重点对断点上下方10范围内钢丝绳与掩护支架的卡紧状况进行全面检查，对螺栓进行重新拧紧加固。第二：切断钢绳。当推进排后，走向密集长度达到m时，才用錾子在选定的切断
15、点逐根进行断绳。断绳时，四根钢绳不能在同一位置同时断绳，每相邻两根钢绳的断点错距保持.5m以上，先两帮、后中间依次切断。在断绳的同时，设专人随时观察掩护支架稳定情况，每断掉一根后，要暂停分钟，以待受力重新平衡后，无危险的情况下再断第二根（当发现掩护支架不稳定或有塌架危险时，要立即停止断绳，并采取有效加固措施）。第三：钢绳切断后的支护措施。钢绳断开后，下架头在单体液压支柱的控制下不会倒向煤壁，需在下架头安装架掩护支架，阻止上部矸石窜入地沟，再卸压单体液压支柱，使其贴至煤壁，最后进行撤架。断绳后，上架尾在单体液压支柱的控制下也不会移动，有走向密集作为承载点，可以达到断绳时不沧漏矸石。撤架时，采取每
16、次松两架掩护支架，由下往上逐架回撤。采空区矸石按自然堆积角，逐渐堆积在分段走向密集上方，实现了同一工作面同时采用柔性掩护支架采煤法和伪斜分段走向密集采煤法进行回采。切断钢绳时的关键在于走向密集的可靠性，以确保钢绳切断后掩护支架能得到有效控制。此项技术解决了大面积压薄区采用掩护支架仰架推进而难以管理顶板暴露的难点。5、工作面采用两种采煤方法进行回采时，掩护支架的架头、架尾及压薄区与厚煤区结合带的顶板控制两种支护工艺相结合实现以后，工作面继续推进时，两种支护工艺的伪斜角度和推进度保持一致。压薄区上边缘的结合部处理方式采用走向密集超前尾架34m（以矸石不窜入工作面为准），掩护支架架尾置于走向密集之上。压薄区下边缘的结合部处理方式采用走向密集滞后架头0.8m1m,掩护支架架头置于走向密集之下，架头超前于密集下方采空
