浅谈综放工作面复合煤层顶板管理技术

  来源:安全管理网 点击:  评论: 更新日期:2018年06月23日

摘要:开采复合煤层的顶板管理在技术上和管理上的难度都是较大的,主要是顶板的维护和管理,我矿在开采6#煤的过程中,由于煤层厚度达12m,,属于较厚煤层,且煤层属不整合层状发育,在正常开采过程中,受采动老顶活动影响较大,在周期来压期间,工作面溜子机头和机尾处、工作面上下安全出口及两道出现不同程度的顶板下沉,帮部压垮等现象,极容易出现工作面漏、冒顶的危害,尤其在当工作面遇到断层、褶曲等地质构造带时,顶板管理和维护及其困难,对安全生产极为不利。本次论文结合我矿复合型厚煤层的综放工作面的顶板管理经验,进行简要阐述。
关键词:综放工作面  复合煤层  顶板管理技术
1煤层及顶板概况
1.1煤层情况描述
我矿6#煤层为复合煤层,主要分布于我矿井田的东部,煤层厚约11.28m~13.85m,平均12.68m,该煤层属不稳定煤层,结构较复杂,一般含夹石0~6层,夹石岩性多为炭质泥岩及泥岩,各夹石厚度一般都在0.4m左右,累计夹石厚度为2m多。主要分布在矿井东翼采区,采煤方法以综采放顶煤为主。
1.2煤层的顶板情况
煤层顶板以老顶为主,直接顶次之,无伪顶分布。直接顶为泥岩、砂质泥岩及粉、细砂岩,单层厚度0.90-5.60m,地层岩性主要为泥岩、砂质泥岩及粉、细砂岩,局部具含砾粗砂岩。老顶为中、粗砂岩且局部含砾岩,单层厚度1.5-13.3m平均厚度约6m左右,该地形多为块状构造,钙质及泥质胶结,胶结较为松散其微细层理,节理、裂隙发育不完整,顶板总体性差。
2综放工作面局部片帮冒顶原因分析
2.1 综放工作面片帮冒顶原因
(1)矿压因素。我矿6#煤层工作面周期来压步距根据现场数据观测一般为20-30m之间,顶板活动比较频繁。根据以上地质资料可知煤层顶板主要为砂岩,而且成块状构造,同时顶板各岩层之间为钙质和泥质胶结,在厚煤层放顶煤开采之后,老顶随工作面开采极易下沉,形成矿压,破坏工作面两出口的巷道支护及工作面煤壁的支撑性,危害较大。
(2)地质因素。
根据以上对我矿煤层结构、顶板岩层情况分析,可以看出我矿6#煤层较厚,而且煤层中间有1-6层泥质夹矸,属于厚煤层不整合接触,煤层整体性极为脆弱,在放顶煤开采过程中,在受原岩应力自身释放和老顶下沉受压的综合作用,煤体受到很大破坏。我矿在开采工程中,工作面煤壁多处经常可以看到片帮现象,同时工作面上下出口及超前支护段巷道顶板下沉较为严重。尤其在工作面遇到断层以及褶曲带时,一般在断层带和褶曲背向处煤层几乎成碎、粒状,煤帮基本起不到承压作用,原有支护也受到极大破坏,极易造成工作面出现漏顶和冒顶。
(3)综放工作面管理及操作不当。同时我们还发现,工作面支架的有效管理对于顶板压力的控制也极为关键,尤其支架选型以及日常操作、检修工作是重中之重,比如在移架时没有接实顶板,造成初撑力不足,工作面没有及时移架形成空顶等操作都会影响到顶板的有效控制;同时日常检修中对乳化液供液系统检修的不到位,使支架出现立柱、片阀窜液等,降低支架的额定支撑强度。
综合以上分析,综放工作面顶板出现漏顶、冒顶等主要受地质和支护设备的影响,本文主要从这两方面出发,结合我矿的实际做法,进行介绍。
3 综采放顶煤工作面的顶板管理技术
3.1优化采煤工艺,科学设计支护设计
1、按照相关经验放顶煤采放比一般控制在1:2,这样有利于工作面的顶板维护和控制,我矿由于属于厚煤层,煤层厚度平均12米,按照此设计我矿将采高一般设计为3.5m,放煤在考虑回收率的前提下,一般在7-8m。通过采放的技术控制,减弱了煤壁的支撑受压,在保证支架初撑力的基础上,工作面顶板得到了有效控制。
2、当顶板及煤体破碎时,减少采煤机的一次进刀量,我矿经过具体实际一般控制在设计截深的80%左右,煤机截割速度可以提高30%,这样通过提高牵引速度,实行浅截快跑,支架实现提前护顶的作用。
3、工作面上下出口以及超前支护,我矿也进行了设计。一般超前支护改为三排单体联合支护,排距不超过0.9米;在两顺槽帮部增加一排锚索护帮,我矿根据围岩破坏范围锚索长度设计为11.3米,采用直径17.8mm的钢绞线,锚索托盘选用厚度20厚钢板,规格为300*300mm;同时在原有顶板支护的锚索范围上,两排之间再增加一排,这样在工作面周期来压时,可以有效的控制两巷的顶板下沉及帮部垮落。在具体操作时,通过及时的矿压观测,根据不同的情况对超前支护进行加密支护,对于两出口的顶板管理十分有效。
4、通过局部注射马丽散也是目前比较实用的技术,根据煤层受压破碎的程度,还可以有目的对工作面煤体进行整体加固,以保证对复合不整合煤层的整体加固,增大加强对煤壁的支撑作用,已达到和支架的联合支护作用,防治发生顶板发生超前漏冒,已达到不影响生产安全。
3.2强化设备管理,做好设备检修
1、 提高支架的初撑力和工作阻力
(1)首先尽可能提高泵站的供液能力或选择高压泵站的供液系统,尽量减少液压系统的跑、冒、滴、漏现象和工作面液压系统的窜液问题。
(2)正确操作支架,在移架升柱后,不要立即把升柱手把打回零位,以提高初撑力。
(3)充分利用支架的初撑力,及时有效地支护顶板。
2、工作面机电事故的影响对于顶板控制极为不利,尤其能够形成工作面长时间空顶,当老顶活动剧烈时,如果设备不及时运转,可以加大对煤壁的支撑破坏,同时还会出现工作面支架压死、推不动的情况,更有甚者还能造成支架立柱的损坏。统计我矿以往机电事故对工作面影响,一般影响8小时以上,工作面的立柱就开始压缩,支架压力表出现急剧增大,直至顶开安全阀卸载。所以在复合型厚煤层综放工作面的回采过程中,必须注重工作面机电设备的检修,我矿的做法是每天早班必须保证不低于6小时的检修工作量,同时做好检修记录,机电部门进行跟踪落实,采取重罚重奖的措施,力保设备的完好,提高开机率,以及液压系统的可靠、有效控制顶板压力对工作面的影响。
3.3坚持组织领导,做实顶板隐患排查治理工作
1、一般从管理学的角度来看,组织是保证管理目标实现的保证。高效、科学的组织管理,对于机械化采煤的矿井更为重要。我矿做法是成立顶板管理小组,由生产矿长负责日常的管理,其他分管领导配合。每月负责组织召开一次顶板管理小组会议,贯彻落实上级指令、指示、精神对当前顶板管理工作进行总结、分析、隐患排查、制定出针对性措施并对今后工作进行部署,解决顶板管理中技术难题,并对现场的落实情况进行跟踪监督管理,切实保证制定的措施在现场得到有力落实,从而保证顶板的管理有效、可控。
2、强化区队及班组一级的现场落实顶板管理工作是关键。对于员工我们主要做的是从培训教育开始,利用班前会将顶板控制的措施和方法进行细致的技术交底,以职工最容易理解方式告知职工顶板灾害预兆,以及现场处理处置的基本技术要求及措施规定。最后我们通过相关的考核处罚等措施,保证顶板管理技术措施在现场落实的有效性,来达到控制顶板管理工作。
4  过顶板破碎带的顶板管理
由于工作面在回采过程中,在遇到构造带,顶板出现破碎,这时候顶板管理是极为困难,而且对安全生产影响很大,本文仅根据我矿目前使用的一些办法进行介绍:
1、超前支护
如果采用正常的移架方法维护不住破碎顶板或煤壁片帮比较严重时,可采取超前采煤机进行移架,使支架顶粱顶住煤壁,不让顶板暴壁出来而得以提前支护,这是最直接有效的措施。
2、带压擦顶移架
移架时让支柱仍保持一定的工作阻力,使顶梁贴着顶板擦顶前移,一定程度上可以减轻移架时顶板岩层的活动,减少由于移架而造成的顶板破坏。
3、挑倾向棚
割过煤后,新暴露的顶板在短时间不会冒落,当工作面有部分支架状况不完好,不能起到支撑护顶作用时,我矿采取的是在相邻两架支设倾向棚的办法,如图所示,先移顶板较完整处的支架,移架时在前梁上,沿平行工作面方向放置1一2根3-4m长的木粱,以便挑住附近不完整的顶板,然后再移附近顶板破碎处的支架,如图所示1。

4、架走向倾向棚
当工作面顶板随采随落,冒落的面积又较大时,用挑倾向棚的方法来不及支护,而且顶板条件也不允许把前梁降下来放倾向梁,在这种情况下,可以在相邻支架问超前架设一梁二柱或一梁三柱的走向棚,在走向棚下面再架设1一2架临时倾向抬棚,如图所示2。倾向棚粱应同时托住三架走向棚梁,这样就可将走向棚及倾向抬棚的支柱撤出,相邻支架在倾向棚和走向棚的保护下前移。

5、敷设金属网
在支架顶粱上铺金属网,这是管理破碎顶板的有效办法。当煤壁前控顶范围内的顶板破碎时,为保证支架顺利前移,顶网能顺利展开,也可在金属网下架走向梁,由走向梁预先托住顶板,让支架在走向粱及金属网的掩护下前移。
6 、局部冒顶的处理
在破碎顶板条件下,如果顶板管理不及时,很容易发生局部冒顶。局部冒顶不高和范围不大时,采用上述办法即可解决。如果冒顶高度和范围较大时,不及时处理就无法继续生产,必须立即处理。如果在支架顶粱上方冒顶,待停止后,在支架前方打探板后再往顶粱上打木垛来处理。打木垛前,先在支架顶粱上打临时支柱支撑顶板, 保证打木垛人员的安全,清除浮矸、浮煤后就可打木垛,木垛要紧贴顶板,使顶板得到支撑,如图所示3。
 
如果直接顶沿煤帮冒落,而且冒落区矸石沿煤帮继续下流,用探板支护有困难时,则可采用打撞楔的办法处理,木楔的前端要削尖,长度要一样。打撞楔前,先在冒顶处架设倾斜棚子,把木楔放在棚梁上,其尖端指向顶板冒落处的煤帮,末端垫一方木块,用大锤打入冒顶处,用岩石托住,使其不再继续冒落。移液压支架时,使支架前梁托住倾斜棚梁,即可撤去棚腿。保证有2架~3架支架同时托住,便移架,如图所示4。
5  结论
总之,综采放顶煤工作面的生产中,影响综机设备效能发挥的主要因素是顶板条件。通过对综采放顶煤工作面顶板复合型的研究支护和施工工艺控制,制定工作面顶板防治措施,加强对顶板的管理,通过现场人员的共同努力,就能有效地控制好顶板,从而能够保证工作面安全生产,实现高产高效。
参考文献
[1] 徐永圻.采矿学.中国矿业大学出版社,2003  
[2] 杨孟达.煤矿地质学.煤炭工业出版社,2000
[3] 戴绍城.高产高效综合机械化采煤技术与装备.煤炭工业出版社,1997
 

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