复合支护应用于安宁煤矿19号煤层的初步探索.doc

复合支护应用于安宁煤矿19号煤层的初步探索普安县楼下安宁煤矿 刘德振煤矿开采的是条件各异、类型多样、形态多变、采前未能完全确知的天然层状矿体，需采用多层次、多样化和正在发展变化的开采技术。通用的“普采工作面采场支护”方案，已经不能适应现场的支护要求。一、工作面特征11901工作面按走向长臂布置，走向长度剩余370m，倾斜长度80m，煤层倾角=90，煤厚4.5-8m；普氏硬度系数f=1，煤炭松软；直接顶钙质粉砂岩，性脆；老顶粉砂岩，层间极易脱离。现采用高档普采工艺采煤，采高2.6m，工作面沿顶板布置，采面煤炭回收率不足60%。二、工作面现状（一）采场周围应力分布工作面自开切眼向前推进100m，破坏了原岩应力场的平衡状态，引起了应力场的再分布。开始时基本顶尚处于完整状态，在基本顶岩层尚未破断以前，基本顶被四周未采动的煤体所支撑，基本顶岩层为板状，它与采空区四周支撑体形成一个完整的结构体系，承受上覆岩层的载荷。这时回采工作空间处于这个结构体系的的保护之中。采空区四周应力重新分布状态如图1所示。图中按垂直应力变化的大小，可将其分为A-增压区；B-减压区；C-稳压区，即恢复到H的区域。图中也表示了在采空区周围水平应力由小变大的情况。鉴于采空后改变了四周支承物上的压力状态，一般称采空区四周支承物上所受的垂直作用应力为支承压力。H为上覆岩层的载荷，k为应力集中系数，h为直接顶的厚度。随着回采工作面的推进，回采工作面四周的支承压力分布如图2所示。此时在工作面前方形成了前支承压力，它随工作面推进而不断推移，最大值发生在工作面中部前方，峰值可达原岩压力的24倍，即（24）H。前支承压力的峰值位置可深入煤体内210m。其影响范围根据矿压理论可达工作面前方90100m。（二）回采工作面前后支承压力回采工作面前后的支承压力分布与采空区处理方法有关。假如采空区采用的是刚性支撑，例如采用刀柱法（留煤柱），工作面前后的支承压力分布应类似于巷道两侧，其情况如图3中曲线1，即前后均有几乎相等的、不太剧烈的压力分布，即是以往该矿条带开采的理由。假设采空区处理采用垮落法或充填法，则将导致工作面前方支承压力急剧增加，而采空区支承压力则大幅度降低，如图3中曲线2.若顶板比较坚硬，则在悬顶时工作面前方支承压力更高，而采空区则较低，如图3中曲线3，但当顶板切落时，则前方有所降低而采空区有所增加。由于种种原因，如采高太大或岩性的影响，致使开采后岩层移动未能波及到地表，则此时将出现图3中曲线4的状态，工作面前方的支承压力达到最大值，采空区的支承压力也有可能恢复不到rH值。根据上述分析，回采工作面前后的支承压力一般可绘成如图4所示的图形，且可将其划分为应力降低区b、应力增高区a及应力不变区c。（三）表现形式钙质粉砂岩性质的直接顶冒落块度大，松散系数小，采空区充填不实，基本顶下沉量大。支柱钻底，支护失效。工作面倾斜方向的20m60m之间40m斜长范围内，直接顶与基本顶离层，受基本顶下降的压迫，直接顶沿煤壁剪切，采煤受阻。三、复合支护工艺探索采场支护的基本目的是保证采场有足够的工作空间，在此前提下充分利用围岩的自稳能力，经济而又合理地选择支护方式，以达到安全、生产的目的。金属顶梁属于刚性结构，支柱则由两节组成（即活柱和底柱）。它们之间的伸缩关系形成了支柱的阻力及可缩性，而它与顶底板组合起来的特性还决定于顶板的完整程度及地板压入的可能性，从而形成一综合力学特性，以支撑基本顶及直接顶形成的载荷及抵抗基本顶结构形成的变形量。由于软底的因素，上述的综合力学特性无法保证控顶区内直接顶与基本顶之间“不离层”及直接顶“不破碎”的支护效果。因此，工作面中部30m40m的范围内，应当在齐梁齐柱，排距1000mm、柱距750mm，每m21.33根支柱的基础上，采用1.0m铰接顶梁与3.2m长钢梁配合支护的加强支护方式，如图5所示。这种支护方式保持了铰接顶梁适应性强、承载力大的优点，同时兼有长钢梁利于支护机道上方顶板的优势。为适应1m铰接顶梁的长度，截深由0.63m改为0.5m。图中a为初始状态；b为割煤一刀（0.5m），挂1m铰接顶梁；c为割煤一刀（0.5m）前移长钢梁1m；d为回一排柱（1.0m）后，回复到初始状态。 这种支护方式的优点是：工序较简单，割第一刀时只需挂梁（每节溜槽挂梁2根），移输送机0.5m，靠输送机挡煤板支设少量临时支柱；割第二刀时，根据顶板条件，可先支柱后移梁，或先移梁后支柱，顶板均能得到及时支护；支回柱工作量小；对顶板适应性强，铰接顶梁和长钢梁相互配合，使顶板管理大大改善；减小了煤避前空顶距，挂梁和移梁工序均在输送机外侧（采空区侧）。靠近采空区侧，沿倾斜方向30m40m范围内每隔5m使用一组2m2m木垛，垛间使用3根一组和0.5m0.5m的大铁鞋组成的切顶丛柱加强支护，以减少顶板的移近量。木垛回收后可以反复使用。回采期间，按照煤矿安全规程的规定，利用顶锚杆钻机，严格执行强制放顶措施。当片帮严重，长钢梁配套支护都无法控制端面距时，采用掘进工艺的临时支护方案，使用超前锚杆支护，将厚度1