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使用液压支架支护的采煤工作面,端面顶板的控制尤为重要。随着采深的逐步加大,深部地压及复合顶板的影响,使端面顶板破坏严重。综采工作面由于该类问题得不到有效的控制造成停产的很多。影响端面顶板发生冒落的基本原因如下。
一、端面距的影響
1、要合理确定端面距。综合机械化采煤工作面支撑顶板时多数使用支撑掩护式液压支架,工作面的顶板及采空区基本处于半封闭状态,只有支架前端到煤壁段的顶板没有得到支护。端面距指的是支架前梁端到工作面煤壁的这段距离。
2、在质量标准化中明确规定端面距小于等于340毫米。为解决端面距问题,在支架设计过程中,可以使支架的顶梁前部带有伸缩的小梁。
二、支架架型与端面破碎度的关系
1、液压支架梁前端没有支护的顶板冒落性(顶板破碎度)与支护参数及顶板岩性、开采深度、邻近层之间有密切的关系。计算方法为:F%=d/(a+b+c)式中F为顶板破碎度;a为顶梁端至第一接顶点的距离;b为顶梁端至切割煤壁的距离;c为煤壁片帮深度;d为梁端前顶板的冒落宽度。
2、掩护式支架与支撑掩护式支架相比较,支撑掩护式支架具有较大优越性,表1是一组统计数据。数据说明尽可能优先选用支撑掩护式液压支架来支护顶板,当然也要有针对性,对不同的顶板要有不同的支护方式。
![](https://www.soolun.com/img/pic.php?url=http://img.resource.qikan.cn/qkimages/zgjt/zgjt200705/zgjt200705118-1-l.jpg)
三、顶梁的仰俯角
从实际使用中一般仰俯角不得大于15度,应控制在10度以里。煤矿安全质量标准化标准中明确规定:支架顶梁与顶板平行支设,其最大仰俯角小于7度。如在操作过程中过高或过低,均会导致顶板状况恶化。当仰角较大时,使顶梁前端对顶板失去接触或比压过低,直接顶将有向采空区方向的位移,这样会使端面顶板得不到很好的维护,将容易发生冒顶。相反,当支架的顶梁俯角过大时,使支架的支护阻力不能发挥,支架接触、支护顶板的面积就小,支护顶板的位置就发生改变、后移,实际端面顶板的面积增加,在直接顶端面顶板形成了成拱条件,悬顶面积加大,拱的垮距越大,将导致冒顶。
在实际操作过程中,应通过正确操作支架的升降,来保持顶梁与顶板平行接触。根据测定,顶梁仰俯角对冒落高度的影响关系为:H=0.18×1.13r式中:h—机道上方直接顶冒落高度;r—顶梁仰俯角。
四、初撑力
支架初撑力的作用是:1、维持煤层上方直接顶的重力平衡,避免直接顶离层、冒落。如果使支架的初撑力大于或等于平衡直接顶载荷所需要的力,并且可以实现擦顶移架,则移架过程中所造成的顶板下沉、波动就可以减少,直接顶的破坏程度也就减少。2、初撑力可以有效避免直接顶的离层,还能够对顶梁、顶板、底座、底板之间的浮矸进行压缩等,增大支架对顶板的支撑刚度,减少顶板由于回采造成的早期下沉,因此适当提高初撑力对不稳定顶板的控制十分重要。3、对工作面的实际工作阻力起主要作用。尤其是当额定工作阻力较高时更是这样。4、基本上决定了支架—围岩的工作状态和从不平衡到平衡的发展过程。
在端面顶板的稳定性上看,要通过改善支架操作及控制系统,保证足够的初撑力对综采工作面顶板控制相当重要,梁端对顶板有一定的支撑力,尤其是具有向煤壁方向的水平推力,减少岩石块的位移,顶板能得到有效控制。但也需指出,过高的初撑力将导致支架构件内应力过高,对岩层的控制作用较小。在煤矿安全质量标准化标准中明确规定:综采乳化液泵站压力要求大于等于30兆帕。
五、工作面推进速度
一般采煤工作面推进速度应不小于3米/日,这样直接顶、基本顶的回转、位移发生变化较小,端面基本不发生改变,得到有效控制。为加快采煤工作面的推进速度,要选用性能良好的机电设备,布置采面巷道时要合理的确定工作面长度。下面以新安煤矿六采区八层为例进行介绍。地质概况:八层煤厚在2.6~2.8米,采深在负400~负600之间,顶板为粉砂岩及互层易破碎,与八上层层间距13~26米,同时受深部地压影响,顶板易破碎。采煤方法为:走向长臂后退式,顶板全部跨落法管理顶板。支架为ZZ—4200支撑掩护式带伸缩梁,落煤为MG—300/700采煤机,工作面刮板输送机为SGZ—764/630,工作面长度为180米。在正常回采过程中,采煤机双向割煤,往返一次进两刀煤,在采煤机割煤后,打开支架的伸缩梁支护端面顶板,平均每日推进距离在8米左右,端面没有发生过顶板冒落。
六、特软顶板及地质条件复杂顶板的预防方法
对于特软的顶板及地质条件复杂的顶板,端面顶板较难维护,易发生冒落,也可以采用固化顶板的方法:1、固化煤体的办法,在工作面煤壁打若干的钻孔,装入树脂药包等固化药品,使用木锚杆旋转固化药品凝固,可以加固煤体,防止煤壁片帮,有效的控制顶板的失移;2、在破碎的岩体内注入马丽散,添满破碎岩石缝并有效的固化在一起,形成完整的一体,从而起到加固的作用。这两种基本固化方法比较简单但费用较高,使用的并不多。
端面距方面经济效益比较:端面没有得到有效控制时会发生顶板冒落,采煤工作面将导致减产,严重将会停产,直接影响煤炭采出量,综采工作面日平均产量约为3287吨(85万元),在处理冒顶过程中,还有一定的危险性,加之使用木料每立方米780元。这样综采每停产一天约经济损失近86万元。
总之,上述为控制端面顶板发生冒落的一般方法,还有其它办法要针对不同的顶板并结合现场实际来处理,有效的控制端面距对预防顶板冒顶是起积极作用的,有利于安全生产,同时有可观的经济效益。
(作者单位:双矿集团新安煤矿生产科)
一、端面距的影響
1、要合理确定端面距。综合机械化采煤工作面支撑顶板时多数使用支撑掩护式液压支架,工作面的顶板及采空区基本处于半封闭状态,只有支架前端到煤壁段的顶板没有得到支护。端面距指的是支架前梁端到工作面煤壁的这段距离。
2、在质量标准化中明确规定端面距小于等于340毫米。为解决端面距问题,在支架设计过程中,可以使支架的顶梁前部带有伸缩的小梁。
二、支架架型与端面破碎度的关系
1、液压支架梁前端没有支护的顶板冒落性(顶板破碎度)与支护参数及顶板岩性、开采深度、邻近层之间有密切的关系。计算方法为:F%=d/(a+b+c)式中F为顶板破碎度;a为顶梁端至第一接顶点的距离;b为顶梁端至切割煤壁的距离;c为煤壁片帮深度;d为梁端前顶板的冒落宽度。
2、掩护式支架与支撑掩护式支架相比较,支撑掩护式支架具有较大优越性,表1是一组统计数据。数据说明尽可能优先选用支撑掩护式液压支架来支护顶板,当然也要有针对性,对不同的顶板要有不同的支护方式。
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三、顶梁的仰俯角
从实际使用中一般仰俯角不得大于15度,应控制在10度以里。煤矿安全质量标准化标准中明确规定:支架顶梁与顶板平行支设,其最大仰俯角小于7度。如在操作过程中过高或过低,均会导致顶板状况恶化。当仰角较大时,使顶梁前端对顶板失去接触或比压过低,直接顶将有向采空区方向的位移,这样会使端面顶板得不到很好的维护,将容易发生冒顶。相反,当支架的顶梁俯角过大时,使支架的支护阻力不能发挥,支架接触、支护顶板的面积就小,支护顶板的位置就发生改变、后移,实际端面顶板的面积增加,在直接顶端面顶板形成了成拱条件,悬顶面积加大,拱的垮距越大,将导致冒顶。
在实际操作过程中,应通过正确操作支架的升降,来保持顶梁与顶板平行接触。根据测定,顶梁仰俯角对冒落高度的影响关系为:H=0.18×1.13r式中:h—机道上方直接顶冒落高度;r—顶梁仰俯角。
四、初撑力
支架初撑力的作用是:1、维持煤层上方直接顶的重力平衡,避免直接顶离层、冒落。如果使支架的初撑力大于或等于平衡直接顶载荷所需要的力,并且可以实现擦顶移架,则移架过程中所造成的顶板下沉、波动就可以减少,直接顶的破坏程度也就减少。2、初撑力可以有效避免直接顶的离层,还能够对顶梁、顶板、底座、底板之间的浮矸进行压缩等,增大支架对顶板的支撑刚度,减少顶板由于回采造成的早期下沉,因此适当提高初撑力对不稳定顶板的控制十分重要。3、对工作面的实际工作阻力起主要作用。尤其是当额定工作阻力较高时更是这样。4、基本上决定了支架—围岩的工作状态和从不平衡到平衡的发展过程。
在端面顶板的稳定性上看,要通过改善支架操作及控制系统,保证足够的初撑力对综采工作面顶板控制相当重要,梁端对顶板有一定的支撑力,尤其是具有向煤壁方向的水平推力,减少岩石块的位移,顶板能得到有效控制。但也需指出,过高的初撑力将导致支架构件内应力过高,对岩层的控制作用较小。在煤矿安全质量标准化标准中明确规定:综采乳化液泵站压力要求大于等于30兆帕。
五、工作面推进速度
一般采煤工作面推进速度应不小于3米/日,这样直接顶、基本顶的回转、位移发生变化较小,端面基本不发生改变,得到有效控制。为加快采煤工作面的推进速度,要选用性能良好的机电设备,布置采面巷道时要合理的确定工作面长度。下面以新安煤矿六采区八层为例进行介绍。地质概况:八层煤厚在2.6~2.8米,采深在负400~负600之间,顶板为粉砂岩及互层易破碎,与八上层层间距13~26米,同时受深部地压影响,顶板易破碎。采煤方法为:走向长臂后退式,顶板全部跨落法管理顶板。支架为ZZ—4200支撑掩护式带伸缩梁,落煤为MG—300/700采煤机,工作面刮板输送机为SGZ—764/630,工作面长度为180米。在正常回采过程中,采煤机双向割煤,往返一次进两刀煤,在采煤机割煤后,打开支架的伸缩梁支护端面顶板,平均每日推进距离在8米左右,端面没有发生过顶板冒落。
六、特软顶板及地质条件复杂顶板的预防方法
对于特软的顶板及地质条件复杂的顶板,端面顶板较难维护,易发生冒落,也可以采用固化顶板的方法:1、固化煤体的办法,在工作面煤壁打若干的钻孔,装入树脂药包等固化药品,使用木锚杆旋转固化药品凝固,可以加固煤体,防止煤壁片帮,有效的控制顶板的失移;2、在破碎的岩体内注入马丽散,添满破碎岩石缝并有效的固化在一起,形成完整的一体,从而起到加固的作用。这两种基本固化方法比较简单但费用较高,使用的并不多。
端面距方面经济效益比较:端面没有得到有效控制时会发生顶板冒落,采煤工作面将导致减产,严重将会停产,直接影响煤炭采出量,综采工作面日平均产量约为3287吨(85万元),在处理冒顶过程中,还有一定的危险性,加之使用木料每立方米780元。这样综采每停产一天约经济损失近86万元。
总之,上述为控制端面顶板发生冒落的一般方法,还有其它办法要针对不同的顶板并结合现场实际来处理,有效的控制端面距对预防顶板冒顶是起积极作用的,有利于安全生产,同时有可观的经济效益。
(作者单位:双矿集团新安煤矿生产科)