浅谈三软大倾角采煤工作面顶板的管理

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摘要：文章论述了“三软”煤层、大倾角仰采回采工艺和管理方法 ,为淮北矿区复杂地质条件下安全开采提供借鉴。

关键词：“三软”煤层，大倾角，仰采，顶板管理，科区管理

1、前言

袁庄煤矿位于安徽省淮北市东北35公里，徐州市西南20公里，东径116°57.1′～117°1.8′，北纬34°8.7′～34°11.2′，南北长6.5公里，东西宽1.0～2.5公里，面积10.7平方公里。井田西为煤层露头，西南以NF3断层与孟庄矿为邻，南以MF1正断层与毛营子矿为界，东以KF1断层与沈庄矿接壤，北部以人为边界与沈庄矿相邻。

2、工作面地质及水文地质概况

本区地层属华北型，受古生代加里东运动影响，华北地区地壳整体隆起，沉积间断，在中奥陶统与石炭系之间出现了平行不整合，缺失了上奥陶统、志留系、泥盆系和下石炭统地层。

本区含煤地层为上石炭统、二叠系上、下统组成。石炭系中上统不含可采煤层，下二叠统山西组及下石盒子组为主要含煤地层。上二叠统上石盒子组大多不含煤，局部含煤线。主采煤层31煤层，位于二叠系下统山西组，顶底板均为泥岩。

本区是被40米左右的第四第冲积层覆盖的隐伏煤田，井田东部有两姜河、闸河，井田西部有龙河，井田内有一条人工开挖的解放河和大小池塘较多。井田内地势平坦，一般标高在+34~+36米。但由于多年的井下采矿，造成井田内大面积塌陷，塌陷面积约6平方公里，分布在井田内的西部和南部，塌陷区内积水受季节性变化影响，雨季积水面积大，冬季大多干涸，最高洪水位+35.85米。在正常情况下，地表水位对井下生产无影响。

淮北矿业袁庄煤矿50多年来的生产实践表明，影响煤矿生产的主要含水层段为煤系地层可采煤层顶底板砂岩裂隙水，是矿井主要充水水源，其次是第四系水。该矿被定为水文地质条件中等矿井。

3、顶板与支护管理

3.1顶板管理

Ⅳ3217工作面采用全部垮落法顶板管理。初次放顶采用四、五峒管理 ,即最大控顶距为 5m ,最小控顶距为4m。正常回采采用三、四峒管理。严格控制采高 ,初次放顶采高控制在1. 8m 内。

3.2支护管理

Ⅳ3217工作面采用齐梁齐柱直线式走向正悬臂基本棚 ,DZ25 - 25/ 100型单体液压支柱配合HDJA - 1000 型金属铰接顶梁支护。回采过程中加强基本支架管理 ,做到支架正规 ,保证支柱初撑力达到要求。工作面采用特殊支架木垛及托棚加固 ,机头、机尾及工作面中间各设一木垛 ，在工作面均匀布置。木垛之间架设一梁三柱顺山双排托棚。回采期间 ,工作面严格执行煤壁、顶板和老塘“三封闭”管理 ,要求用 ≮25mm 搪材和笆片腰帮过顶 ,背严背实 ,防止工作面出现抽顶和煤壁片帮。对于煤壁出现片帮现象 ,提前进行挂梁过顶 ,补栽临时支柱。

4、顶板控制及安全管理

袁庄矿大部分工作面煤层赋存不稳定、地质构造复杂、压力大、生产环节多。在开采过程中 ,工作面受多种因素影响 ,常常出现顶板下沉量大 ,支柱钻底严重 ,回柱困难 ,煤壁片帮 ,顶板抽冒事故频繁发生等现象。Ⅳ3217工作面两巷均为工字钢梯形支架 ,在回采过程中 ,因巷道受压 ,变形严重 ,巷道断面只有设计值的 1/ 3～1/2 。不仅影响工作面推进速度 ,产量低 ,而且直接影响采煤工作面安全。为此 ,针对该工作面进行了可行性研究 ,摸索试验 ,采取行之有效的管理措施。

4.1通风管理

由于该工作面为井田边角块段 ,距离远 ,工作面通风线路长 ,巷道拐弯频繁 ,风量消耗大。安排专人对巷道进行维修。保证进、回风巷道断面达到设计断面的 80 %以上 ,使工作面风流畅通。

4. 2安全管理

加强工作面现场管理 ,人行道两侧所有支柱拴防倒绳 ,防止工作面倒棚、推棚。机道材料道各设置一道水平销子。人行道设置行人台阶 ,机道设置挡煤板 ,防止滚矸伤人。由于工作面为三软煤层 ,易造成煤壁折帮和窜矸漏顶 ,在煤顶和折帮处严禁放顶炮 ,采用放底炮 ,放小炮或手镐落煤。

4. 3提高支柱支护强度 ,确保支架的稳定性。

对于炮采工作面 ,直接顶的完整程度和支架的稳定性是工作面正常回采的关键 ,该工作面首次使用 DZ25 - 25/100 型单体液压支柱。因此 ,除保证基本支柱符合要求外 ,应积极采用特殊支架来增加支架的支护强度和支架的稳定性。一方面放炮后采取超前挂梁背顶 ,及时打好一排临时贴帮柱 ,这样既可防止直接顶与老顶的离层和煤壁片帮现象的发生 ,又可以增强支架的总承载能力和支柱工作阻力 ,增大直接顶与老顶之间的摩擦阻力 ,防止老塘侧抽顶 ,有力于维护直接顶的完整性。另一方面 ,在老顶初次来压、周期来压期间 ,采取的措施是沿放顶线内侧打一排戗棚 ,戗棚为木梁铁柱一梁三柱顺山挑棚 ,其半圆木的规格为长 2. 0m ,直径 200mm 以上。使工作面支架不但沿走向方向 ,而且沿倾斜方向都具有整体性、稳定性 ,同时也减少了顶板的下沉。另外在工作面的所有支柱进行穿柱鞋 ,必要时下底梁 ,有效地防止了支柱钻底 ,在行人道用塘材及笆片挡好行人台阶 ,有效防止由于底板松软行人造成的底煤下流 ,预防支柱失脚、倒棚 ,从而确保了工作面的回采安全和正常生产。

4. 4加强工作面的矿压监控 ,将顶板管理纳入科学管理的轨道

建立健全顶板监测及矿压预报制度。采煤区负责每班设观测人员 ,认真进行矿压监控工作 ,技术科设矿压组 ,负责采煤工作面矿压监控工作,每月一次总结分析和提出建议或改进意见 。观测内容有:支护参数，包括支柱初撑力，,支柱末阻力、支柱钻底量等 、顶板状态参数包括顶底板移近量、顶板台阶下沉以及端面冒高。顶底板移近量实测时 ,以第一排与末排支柱的差值为准 以及顶板动态 老顶来压和顶板的断裂情况 ,可以用末前排支柱平均工作阻力和变化情况预报顶板来压 。坚持“初撑力第一”的观点 ,以阻力论安全 ,以数据指导生产 ,实行科学管理。监测严格按照“装面收作棵棵监控 ,初放期间强化监控 ,正常生产选测监控 ,重点区、异常段、特殊点重点监控”的原则 ,实施科学、合理布点 ,针对性监控。监测人员切实抓好“检测、补改、验测、填报、处理”五个过程。做到监测数据真实可靠 ,发现问题及时整改 ,认真填写观测记录 ,及时向矿总工程师汇报矿压监控情况 ,区干部及时将领导阅示意见和采取的措施向职工贯彻落实。

4. 5 严格工程质量

杜绝顶板事故的发生工作面必须严格按照作业规程的规定及时支护 ,严禁空顶作业。所有友架必须架设牢固 ,严 禁在浮煤或浮矸上架设支架 ,支柱要迎山有力 ,消灭大棚档 ,保证支柱有足够的初撑力。发现工作面有碰倒、损坏和失效的支架必须立即进行修复或更换。工作面爆破后 ,要及时挂梁过顶 ,尽量缩短悬顶时间 ,金属铰接顶梁要齐梁布置 ,采用双笆和增加搪材过顶 ,每棚可使用 8～10 根搪材 ,并将工作面的顶板、煤壁、采空区实行全封闭。一但工作面出现顶板破碎、煤壁片帮和顶梁端面距大于 300mm 时 ,都必须提前掏窝挂梁护柱顶板 ,防止工作面漏、冒顶或抽顶。

4. 6坚持正规循环作业 ,加快工作面推进速度

正规循环作业是预防冒顶的重要措施。工作面循环正常 ,推进速度快 ,顶板悬露的时间短压力小 ,支架的受力也小 ,有利于控制顶板。相反 ,容易发生冒顶。根据实测 ,当工作面两天一个循环推进时 ,在距煤壁 4 m 处观测顶板最大下沉量为 491mm;当工作面一天一个循环时 ,同一观测地点的顶板下沉量最大只有 269mm ,相比减少了近一半。为此 ,坚持正规循环作业 ,加快工作面的推进速度 ,平均月推进速度由 28m 提高到 40m 以上 ,减小了顶板的下沉量 ,改善了工作面的工作状况。

5、结语

大倾角“三软”采煤工作面在淮北矿业集团袁庄煤矿的首次开采取得成功。为其它矿井在复杂地质采矿条件下开采及如何搞好区队现场管理提供借鉴,在条件极其复杂的情况下 ,取得了良好的经济效益和社会效益。

参考文献：（1）王佳宇，三软大倾角采煤工作面技术研究，中国科技博览杂志，2010，第4期

（2）董玉建，大倾角综采回采技术与实践，中国能源技术与管理杂志，2010，第1期。

作者简介：李明 工程师，从事矿井安全管理工作，就职于淮北矿业集团袁庄煤矿。