综采工作面利用老巷作为回撤通道的实践与研究.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除大采高综采工作面过大断面空巷关键技术研究 摘 要： 综采工作面过空巷一直是煤矿开采未解决的技术难题，目前，大采高综采工作面过平行全长宽断面空巷还没有成功的先例。本文通过对哈拉沟煤矿5.2m采高的综采工作面过两条平行全长工作面的断面空巷进行研究，为今后神东矿区乃至全国过大断面空巷提供实际的参考。关键词：空巷 综采工作面 顶板控制 支护设计综采工作面的刮板输送机的上窜、下滑控制是每一位管理者管理工作面的首要任务，也是每位员工日常操作的指南。输送机失控后出现严重的上窜或下滑，上窜后，导致上出口不畅通、输送机拉回头煤，下端头出现裸露三角区顶板，从而出现断链，顶板冒落等伴生事故；下滑时，导致端头架受挤压后拉移困难、输送机出煤不畅通、上出口顶板裸露面积大等管理困难。因此，不管是上窜或下滑，严重时都会导致工作面工程质量下滑，安全隐患增加，生产事故接连不断，严重时将导致工作面停产。所以，输送机上窜、滑的控制是工作面安全与生产管理的重要项目。下面就输送机的下滑（上窜）机理进行分析，探讨输送机控制的方法和途径。0 引言放顶煤支架是综采房顶煤技术的核心设备，其性能好坏和可靠程度的高低直接影响整个工作面的生产与安全。放顶煤也压制也难怪具有合理的工作阻力和初撑力，支柱作用在顶梁上的缝补要与顶板来压规律相适应，能够有效地支撑和维护顶板；支架在承受额定外力时能够保持较高的稳定性；液压系统应尽量简单、快速、高效。通过理论研究、类比分析，结合煤矿具体条件，选用了中煤北京矿机械有限责任公司生产的ZFY10200/25/42D型两柱放顶煤电液控支架，该支架职称能力强，可是想邻架、成组顺序、手动操作等功能，液压系统比四柱式支架简单，可靠性高。液压支架技术特征见表1。表1 液压支架技术特征表序号技术指标技术参数序号技术指标技术参数1支架型号双柱掩护式5推移行程865mm2支护范围25004200m6推移速度单台支架小于等于8s3支架中心距1750mm7控制系统电液控4工作阻力10200KN8中部支架质量33.8t综采工作面在回采过程中通过年久失修或废弃的巷道，称为过空巷。按空巷与工作面相对应的空间位置，可分为本层空巷、上层空巷、下层空巷三种。空巷多受采动影响，均有程度不同的变形与破坏。有些空巷废弃后狙击水、瓦斯和其他有害气体。工作面与空巷贯通后积极造成工作面通风系统紊乱，甚至风流短路。贯通后控顶距增大，由于空巷受采动影响，支护变形、支柱碴底、巷内有未回收的残留杂物等，这些因素会给工作面生产带来极其不利的影响。目前过空巷的方法有以下几种：用密集支柱或木垛加强对采空区顶板的支护；用锚杆、锚索加固空巷顶板和两帮以空巷为开切眼重新布置工作面；在空巷内充填浮煤等。本文通过对空巷采区不同的支护方式、顶板压力控制、回采工艺、劳动组织等方面的研究，对大采高综采工作面过空巷的特点及关键技术进行总结。1 空巷概况02209综采工作面倾斜长度320m，推进长度2271m,采高5.2m，布置一条工作面运输巷、一条工作面辅助运输巷和一条工作面回风巷。空巷1（02202工作面运输巷）和空巷2（0223工作面回风巷）属于本层空巷，垂直于工作面的推进方向，与工作面平行，空巷全长320m，空巷宽5.4m，高4m，断面积21.6m2，空巷1和空巷2煤柱间距25m。两条空巷上覆松散层厚度为05m，部分基岩出露，空巷上腹基岩厚度为6095m,由机头向机尾逐渐增厚。直接顶为粉砂岩，厚度15m，基本顶为中粗粒砂岩（在沟谷段有基岩露头）；直接底为粉砂岩，厚度34m。2 过大断面空巷存在的难点（1）到目前为止，没有现成可借鉴的过空巷的成功经验。02210工作面回采过空巷时，采用单体液压支柱支护，工作面距离空巷3m左右没有等压，康航顶板下沉量将近2m，将空巷内部支护的单体支柱基本压死，历史4天才通过5.4m宽的空巷，工作面的支架行程从2.4m压缩至0.2m，几乎压死支架，险些造成重大事故。（2）浅埋深薄基岩大采高综采工作面矿压显现剧烈，顶板下沉量大，容易压死支架。（3）空巷与工作面平行，夹角为0。整个工作面几乎同时揭露空巷，控顶距增大，最大达到11m，断面积达44，顶板破碎，很容易发生冒顶事故。（4）空巷的实际支护强度达不到理论值，若采用单体液压支柱或垛式支架，一旦压死，很难处理，而且在处理过程中，影响了推进速度，顶板不断下沉、漏矸、冒顶，后果更严重。（5）工作面与第一条空巷贯通后，工作面风流会发生紊乱，需及时调整。3 支护方案与支护强度计算3.1 支护方案采取“全断面金属网+W钢带+锚索”联合支护。4根锚索（型号为15.24mm*8000mm，托盘为300mm*300mm*15mm）吊挂1根W钢带（型号为2mm*230mm*4200mm），端头锚索距巷帮400mm，与顶板呈75角，中间锚索间距1400mm，钢带的排距为875mm，另在巷道中心线打一排锚索，间距为2000mm，为防止托盘等铁器进入主运输系统，在W钢带或工字钢下面铺一层塑料网，塑料网用14号铅丝捆绑在顶层金属网上。为了防止片帮，在空巷及联络巷的凉拌挂帮网，塑料网的规格2500mm*10000mm，玻璃钢锚杆规格为18mm*2000mm，间排距为1.05m*1.5m，每排3根，矩形布置。第一条空巷采取了保守支护，在中间的260m另外放置了48台10000t的垛式支架，垛式支架偏离空巷中线500mm布置。第二条空巷维持原支护方案。3.2 支护强度计算3.2.1 理论支护强度p=(48)MrM采高，4.0mr直接顶岩层视密度；2.192.42t/m3，取平均值2.31t/m3。根据综采工作面周期来压的经验，取7倍值计算，则p=7*4.0m*2.31 t/m3=64.68 t/m2=0.65Mpa3.2.2 实际支护强度02工作面运输巷空巷（支护垛式支架）： P=空巷的支护强度/空巷的空顶面积 =（1680*200+48*12000）/（5.4*320） =0.528Mpa0.62 Mpa式中 1682空巷里支护的锚索数； 200每根锚索的锚固力为200kN； 48空巷里支护的垛式支架数； 12000每台垛式支架的工作阻力，kN； 5.4空巷的宽度，m； 320空巷的长度，m；03工作面回风巷空巷（不放垛式支架）： P=（2312*200）/（5*320） =0.329Mpa0.62 Mpa式中 2312空巷里支护的锚索数； 200每根锚索的锚固力为200kN； 5巷道的宽度，m； 320空巷的长度，m；通过计算说明，两条空巷目前的支护强度不够，一定要控制好周期来压，通过调整推进速度，等压等措施，使过空巷期间处于顶板压力正常段。4 顶板控制由于超前支撑压力的强烈作用，工作面开采可能会导致前方空巷变形和破坏，严重影响工作面的正常推进。因此，提前在两条空巷里布置一些测点，来研究特定条件下的工作面推进过程中超前支撑压力对采空巷影响的时空特征，为空巷围岩控制提供理论和实践基础。工作面矿压观测点布置如图所示。4.1 周期来压规律4.1.1 观测工具DBT双掩护式液压支架在左、右立柱上安有压力传感器，树脂可以动态地显示在PM4上，将PM4上显示的书记上传到地面，用专业的支架数据监控软件就可以把采煤机截割煤曲线和顶板载荷数据动态、年底显示在电脑屏幕上，数据可以随时记录下来，为研究周期来压步距和顶板活动规律提供了方便。4.1.2 研究方法为了更好地研究工作面周期来压步距及来压期间的压力分布和来压强度，在工作面的支架中取A=5（=1,2.35）作为研究对象，连续地进行观测，每割一刀煤（循环步距0.865m）记录一次，然后利用Excel软件制成图标，根据支架正常时的压力，把图标的最低压力设为30Mpa，每隔5Mpa用一种颜色表示，30Mpa以下用白色系表示，同一色系颜色越深表示顶板压力越大。通过在连续面上不同颜色及深浅显示处顶板压力的趋势，这样能更直观地看出顶板岩层的活动和周期来压的步距，为后续的研究提供方便。4.1.3 周期来压规律通过周期来压曲面图的整体观察可知，过空巷期间打乱了原有的周期来压规律。过空巷前，工作面周期来压存在3个压力中心（压力超过55Mpa），分别位于50号支架、90100号架、125号架，压力有中心向四周递减；周期来压段持续6刀煤（5.2m），正常段持续11刀煤（9.52m），周期来压步距为17刀煤（14.7m）。过空巷期间，周期来压步距会增大，周期来压段变长，持续8刀周期来压（6.92m），来压强度增大，在压力中心区会达到58 Mpa以上，压力正常段持续15刀煤（12.975m），周期来压步距为23刀煤（19.89m），空巷会对周期来压的步距产生影响，基本顶会在空巷上方下沉切断，空巷过后，周期来压将重新分布。4.1.4 等压对周期来压的影响综采工作面在与空巷贯通前的34m都要进行等压（人为停机816h等待周期来压），超前支撑力可以将煤抢压酥，使其变软，压力能够充分释放，人为地打乱原有的周期来压规律，待工作面上覆岩层活动稳定后，是过空巷期间工作面上方的顶板处于稳定区间。工作面距空巷45m时周期来压，距空巷3m停机816h等压，工作面压力升高110Mpa。等压结束，向前推进一刀煤后，工作面支架压力普遍降低到正常压力25Mpa左右。等压效果非常好，使过空巷期间工作面顶板压力正常，没有出现冒顶、压死支架灯事故。4.1.5 工作面推进度与空巷压力的关系在工作面50号、90号、135号架3个周期来压中心安设顶底板移近量观测仪，用于观测顶板下沉量与工作面推进度的关系。工作面与空巷贯通后，顶板下沉量较大，已将观测仪量程压完、并将侧杆压弯。通过数据分析，当工作面距离空巷20m左右时，空巷中部的顶板就开始出现下沉，当工作面距空巷距离达到45米时，空巷顶板下沉速度加快。工作面经过等压结束后，空巷的顶板下沉速度减缓。4.1.6 工作面推进度与进度与空巷顶板离层的关系在两条空巷之间的联巷口安装顶板离层仪，用于观测顶板离层状况。工作面过第一条、第二条空巷期间顶板离层量如图18、图19所示。当工作面距离空巷30m时，顶板就开始出现离层下沉，随着距离的减小，空巷的顶板下沉量不断增大。空巷中部的顶板下沉量要比两端的顶板下沉量大，过空巷期间，应通过超前拉架、中间加刀等方式优先快速推进工作面中部，防止出现顶板漏矸、冒顶事故。由于空巷顶板采取“全断面金属网+W钢带+锚索”联合支护，使顶板成为一个整体，顶板呈现整体下沉的事故，不会出现局部漏矸或冒顶事故，这对于过空巷期间的顶板维护比较有利。4.1.7 工作面推进度与空巷片帮的关系当工作面距离空巷2530m时，空巷刅超前支撑压力影响，会出现片帮，随着工作面推进，片帮加剧，会使空巷的实际断面不断增大，断面增大反会引起空巷顶板下沉量加速，下沉量加大，以及空巷片帮加剧，形成循环，最终造成漏矸、冒顶事故。空巷里的帮网对控制片帮扩大起很大作用，虽然发生片帮，担忧帮网兜住，还有一定的强度，还能控制顶板，防止了空巷断面进一步扩大。5 过空巷方案5.1 过0202工作面运输巷空巷方案（1）距空巷30m：采煤机严格沿煤层顶板推进，降采高，将采高控制在4.0m，以采高链为准，空巷高度不够4.0m的进行提前割底。（2）距空巷15m：开始通过加甩刀调伪斜工作面让刮板输送机最大响度向机头窜动。（3）距空巷5m：让整个工作面与空巷平行，将龟板输送机落平，调整结束。（4）距离空巷2.53m：等压。（5）等压结束后，工作面平行向前推进，调整好支架状态，让支架前梁挑往住空巷里的W钢带，当支架顶梁挑起W钢带1.5m（进入空巷1.9m）时停机，安排队伍清理垛式支架附近的浮煤，清理干净后，交给生产服务中心开始回撤垛式支架。（6）生产服务中心有机尾开始回撤，当料条联巷支架垛式支架回撤完毕后，将支架向前拉，最大限度地建设空顶面积。5.2 过第二条空巷方案（1）过完第一条空巷后，需及时把工作面调整好。然后让工作面机尾超前，让刮板输送机最大限度向机头窜动，剩余3m时，使工作面距空巷正帮距离基本相等。（2）距空巷15m时,调整采高链，工作面采高最低不得小于4.2m。空巷高度大于4.2m处，工作面沿底板推进，顶板顺平；空巷高度小于4.2m处，工作面以空巷顶板为基准，需要拉底处必须拉底。（3）剩余3m时，等压。（4）根据空巷顶板下沉量观测的结果，优先控制空巷中部顶板的下沉量。等压结束后，割一个通刀，然后在中后部开始连续加刀，让工作面中后部支架开始与空巷，挑住W钢带。然后再向机头过渡。（5）过完空巷1015m时，将割底部分抬起，缓慢加大采高，防止抬的过急，来压时损害支架。6 结语在支护方面，建议采用“全断面金属网+W钢带+锚索”联合支护，保证顶板的完整性，使得过空巷是顶板呈现整体下沉，而不会出现局部冒顶。从推进速度上讲，建议不考虑垛式支架和单体支护。在空巷里不进行被动支护的情况下，割煤工艺和推进方式比较灵活，按照“顶板压力大的部分优先快速推进”的原则，采取由工作面一端向另一端、由中间向两端逐步向空巷推进的方式，快速推进可以有效的减缓顶板下沉。被动支护影响推进速度，随着顶板的下沉，支架支柱的行程不断减小，容易压死支架，带来更大的经济损失。从空巷顶板下沉的时间和空间上看，当工作面距空巷4m左右时，空巷的顶板开始下沉，虽然有垛式支架支撑，空巷的顶板还会下沉很多，因此过空巷期间的最低采高要把空巷的顶板下沉量