煤炭科学技术：回采工作面端头支护探析.doc

回采工作面端头支护探析黄庆国（山西大同煤炭工业学院 山西大同037003）摘 要：结合现场实际情况,提出端头范围概念,说明其确定方法;分析了回采工作面端头范围的矿压显现特征,总结了常见支护形式,并提出了提高支护效果的看法。关键词：端头范围 支护形式 支护效果回采工作面上下出口处机电设备多,人员出入频繁,端头支护效果对机电设备的正常运转和工作人员安全影响极大。若支护不当,势必引起端头冒顶事故的发生,从而影响回采工作面的正常生产。据笔者对40个回采工作面冒顶事故的调查分析,端头冒顶事故占回采工作面冒顶事故的22%,都是支护不当造成的。端头范围矿压显现有其不同于采面的特殊规律,应据此选择端头支护的形式。1 端头范围的界定回采工作面端头区域与上下平巷相连,并且有12 m的超前缺口,还要考虑由于两巷预先掘出,巷道外侧帮已经松动的范围以及端头区域悬顶宽度。据我们对采面不同条件的上下平巷观测发现,回采工作面上下平巷外帮松动范围的大小与煤层强度、巷道宽度、顶板岩性、预掘时间、支架形式等有关。采用单位巷道宽度所产生的巷道外帮松动量,来描述不同条件的回采巷道产生的巷道外帮松动范围尺寸,即巷道宽度影响系数,用K表示:根据表1中现场实测K值的范围为0.280.78,那么端头范围S表达式为：S = (LK+ LZ+ LX)(B+BK+ LQ)式中 LK采面控顶宽度, m;LZ端头缺口沿走向宽度, m;LQ端头缺口沿倾斜长度, m;LX悬顶宽度, m;B工作面运输巷或回风巷宽度,m;BK巷道松动范围,BK=BK。端头范围如图1所示。图1 端头范围示意2 端头范围矿压显现特征回采工作面端头范围内矿压显现不同于采面,这是选择端头支护要注意的问题。2.1. 工作面上下平巷预先变形我国普遍采用采区内后退的回采顺序,两条平巷均须预先掘出,超前时间一般为几个月,有时1至2年。由于时间和覆岩的双重作用,巷道围岩变形是必然的。变形量的大小取决于围岩的原始应力、岩石性质、巷道支护形式、支护强度和巷道尺寸。在开采深度大,煤岩层松软和受采动影响的情况下,巷道围岩变形严重。如开滦矿务局赵各庄矿,开采深度1 000 m,上下平巷均用U形钢支护,必须经过几次修复才能正常使用。实际巷道松动范围已深入到周边35 m。在开采深度浅,煤岩层强度大,在受开采影响的情况下巷道围岩变形较小。如大同矿务局云冈矿,开采深度250 m左右,平巷采用锚杆支护,在整个回采期间不必修复即可正常使用。巷道两帮的松动范围为1115 m。2.2 工作面上下巷支护无初撑力与回采工作面支护不同,工作面上下平巷的支护几乎是无初撑力的支护(锚杆支护除外),在复合顶板条件下,必然产生顶板离层。由于支护阻力小,巷道背板材料强度低,可缩量大,更加剧了巷道围岩变形,十分不利于端头支护。2.3 端头范围受多重支承压力影响2.3.1 受巷道本身产生的支承压力影响回采巷道大都在煤层中掘进,一般情况两帮均是煤层,顶部沿顶板,巷宽在4 m左右。在开采深度较大的矿井内,可以观测到由于掘巷产生的应力集中引起的两帮变形。2.3.2 上端头受上区段开采形成的固定支承压力影响在回采巷道布置中,煤柱护巷是主要形式,要这一宽度煤柱保护下的巷道,还不能从根本上避免上区段开采形成的固定支承压力影响,有些采面的端头范围和巷道正处于其峰值区,给端头支护带来很大困难。2.3.3 受采动形成的支承压力影响随着回采工作面向前推进,端头范围要受工作面前方支承压力影响,还要受到本区段开采形成的固定支承压力影响。下端头比上端头少一个上区段开采形成的固定支承压力影响,所以顶板状况及顶压状态均较好。2.3.4 端头范围空顶面积大、顶板完整性差在回采工作面两端头,为了安全移机尾和机头,必须支设大跨度顶梁,工作面向前推进时还要回撤前进方向的基本支柱,移后再补,该处顶板要经过反复支撑。因此,端头范围支护和围岩系统刚度要比工作面正常段支护和围岩系统的刚度小。一方面是反复支撑的结果致使顶板刚度降低;另一方面因底板接近巷道,早已松动,因而端头范围的顶底板变形很大,完整性差。2.4 煤壁对顶板的三角支承形成悬臂在煤层顶板比较坚硬的情况下,回采工作面煤壁、端头煤壁组成了对顶板的三角支承带,因而端头范围内顶板在回柱后,常滞后于工作面的顶板冒落,形成较大的悬顶,使端头范围压力增加。3 端头支护的选择由上述对端头范围矿压显现特征的分析可以看出,受巷道预掘、固定及移动支承压力、反复支撑顶板、巷道支护无初撑力等多种因素的影响,端头范围的顶板状况与工作面内情况相比有以下不同:(1)顶板较破碎,支护难度大;(2)有程度不同的悬顶;(3)空顶时间长,顶板有离层现象;(4)由于有机头,支柱密度经常降低,支柱常处于初撑状态,工作阻力小。3.1 选择合理支护强度根据具体煤层和顶板条件,确定端头范围内满足安全和经济两方面要求的合理支护强度是保证端头支护效果的关键,在此基础上,依据端头支架实际支撑能力,确定出合理支柱密度。3.2 支护形式选择实际端头范围内支护形式见表2,端头范围内的支护形式一般有以下几种:(1) 反用铰接顶梁,使楔钩朝上,达到加大机头、机尾处顶梁跨度的目的,有时在放顶排处辅以特种支架,如木垛、密集支柱等;(2) 在机头机尾处架设大跨度抬棚,四对八梁支护,随工作面推进交替前移;(3) 采用十字顶梁端头支护;(4) 综采面端头支架支护。十字顶梁端头支护与其它形式的端头支护相比最显著的优点是支护体系的稳定性好,使用灵活,通用性强,长短梁都可以接。十字顶梁结构简单,架设方便、安全。据对开滦和峰峰矿务局回采工作面使用该种端头支护的调查,从未发生过端头冒顶事故。实践证明十字顶梁端头支护是有效可靠的,在生产中应优先采用。4 提高端头支护效果的途径(1) 回采工作面运输巷、回风巷应采用锚杆支护,这种主动及时的支护方法可充分利用围岩自身强度减少围岩变形,防止顶板离层、片帮顶板下沉量明显小于架棚巷道,端头范围内顶板破碎程度降低,有利于端头支护。东庞矿采面顺槽使用锚杆支护后顶底板及两帮移近量分别减少22%和3916%。(2)严格采掘衔接,尽可能缩短工作面上下平巷闲置时间。(3)在复合顶板条件下,采面端头的局部区域可用混合支护,在上下缺口施工时,超前用锚杆支护顶板,防止顶板离层与破碎为端头支护创造有利条件。作者简介：黄庆国（1961），男，河北阜平县人，副教授，1984年毕业于山东矿业学院采矿工程专业，一直在山西大同煤炭工业学院从事采矿教学和科研工作，曾