采煤工作面顶板控制.详解.ppt

采煤工作面顶板控制 生产技术部回采室2016 4 学习流程 了解顶板事故概况 熟悉我矿顶底板特性 掌握破碎顶板控制技术 我矿液压支架特性及维护 采煤工作面顶板控制 2 我矿在采工作面煤层顶底板概况 3 采煤工作面破碎顶板控制 1 煤业公司十年来顶板事故概况 4 我矿液压支架特性 使用及维护 1 煤业公司十年来顶板事故概况 一 死亡事故统计分析 1 煤业公司十年来顶板事故概况 煤业公司2002年10月成立以来至2012年的十年时间 共发生生产死亡事故56起 死亡56人 其中企业死亡4人 计入百万吨的煤炭生产死亡52人 56起死亡事故中 基本上都是以运输 顶板等零打碎敲的事故 运输事故最多 达27起 主要是轨道运输和辅助运输 其次是顶板事故19起 1 1煤业公司十年来顶板事故概况 十年间 顶板事故最多的是赵各庄矿共8起 其次是林西矿4起 东欢矿3起 唐山矿2起 荆矿 钱矿分别为1起 1 煤业公司十年来顶板事故概况 二 重伤事故统计分析 煤业公司成立以来至2012年7月底共发生55起重伤事故 重伤56人 55起重伤事故中 发生最多的是林西矿共15起 1 煤业公司十年来顶板事故概况 按事故类别分析 在55起重伤事故中 运输事故最多 共27起 占事故总量的49 1 其次为顶板事故9起 占事故总量的16 4 在9起顶板重伤事故中 林西矿有5起 占55 5 1 煤业公司十年来顶板事故概况 三 事故启发 1 发生顶板事故的主要原因不是来自客观方面 诸如环境 意外等 而是绝大部分是人为造成 2 顶板事故发生在林西矿不是具有煤矿的普遍问题 其实在其它矿区 顶板事故早已是个极其罕见的现象 3 经过许多顶板事故分析表明 大部分顶板事故是可以避免的 按我们目前的防治能力和技术水平 只要把防范措施落实到位 顶板事故是能够避免的 4 我们应该加强顶板管理知识学习 为顶板安全管理贡献一份力 1 煤业公司十年来顶板事故概况 2 我矿在采工作面煤层顶底板概况 我矿在采煤层主要有以下煤层 8煤层 9煤层 12煤层 2 1我矿在采煤层顶底板特性一 8煤层顶底板直接顶 一般为灰褐 灰色中细砂岩 局部为砾岩 岩石成分主要为长石 石英 燧石及其它黑色矿物 泥质胶结 厚度一般在1 0 3 0m 顶板遇水易风化膨胀 底板 为黑色泥岩 块状 植物根化石发育 厚0 6 1 5m 老底为灰黑色细砂岩 块状 成份以石英为主 厚1 7 6 0m 直接顶岩性较完整 RQD值 1 60 1 98 80 8 底板的RQD值 1 50 2 00 75 0 顶板和底板质量都比较好 从岩石力学物理试验看 顶板质量较差 抗压强度在27 3 48 0MPa之间 硬度系数在2 7 4 8之间 底板的强度中等 抗压强度在46 5 77 5MPa之间 硬度系数在4 7 7 7之间 2 我矿在采工作面煤层顶底板概况 2 1我矿在采煤层顶底板特性二 9煤层顶底板直接顶一般为黑灰色细砂岩 由于颜色深浅和粒度粗细相间 呈明显水平薄层理 岩石粒度沿走向有明显变化 在井口及九水平东部多为含砾的粗砂岩 分选性差 往西逐渐变细 分选较好 形成层理 为层状细砂岩或层状粉砂岩 泥岩 该顶板厚度一般为2 0 7 0m 底板为黑灰色粉砂质泥岩 团块结构 含较多的植物根化石 厚0 5m 1 0m 以下老底为层状粉砂岩 局部为层状细砂岩 较硬 直接顶岩性较破碎 RQD值 1 20 2 90 41 4 底板的RQD值 0 90 1 00 90 0 从岩石力学物理试验看 顶板抗压强度在26 0 39 7MPa之间 硬度系数在2 6 4 0之间 底板的强度中等 抗压强度在50 4 73 1MPa之间 硬度系数在5 0 7 3之间 2 我矿在采工作面煤层顶底板概况 2 1我矿在采煤层顶底板特性三 12煤层顶底板直接顶为黑色炭质泥岩 细腻 岩性均一 结构致密 黑褐色条痕 贝壳状断口 性脆 易碎 厚度2 0 3 0m 为林西矿较好标志层 属不稳定性围岩 变形量大 底板为灰黑色粉砂质泥岩 岩性均一 结构致密 含较多植物根部化石 厚1 5m左右 直接顶岩性较完整 为泥岩 其RQD值 0 50 0 79 63 3 底板其RQD值 0 40 0 60 66 6 顶板和底板质量都比较好 从岩石力学物理试验看 顶板质量较差 抗压强度在18 6 27 8MPa之间 硬度系数在1 9 3 6之间 底板的强度较高 抗压强度在41 2 70 7MPa之间 硬度系数在4 1 7 1之间 2 我矿在采工作面煤层顶底板概况 2 2在采9煤层顶底板概况以1891中工作面煤层顶底板情况为例 2 我矿在采工作面煤层顶底板概况 2 3在采12煤层顶底板概况以0921 1工作面煤层顶底板情况为例 2 我矿在采工作面煤层顶底板概况 2 4顶板概况经过以上概况了解 目前 林西矿的回采工作面主要布置在9 12煤层中 所采的9煤层工作面为再生顶板 12煤层顶板为泥岩或砂泥岩 易破碎 稳定性差 且受各种条件影响 多为孤岛工作面 顶板压力大 工作面顶板普遍破碎 2 我矿在采工作面煤层顶底板概况 3 采煤工作面破碎顶板控制 随着林西矿的开采年限的不断延长 面临着开采深度大 地质条件复杂 工作面压力大等各种因素影响 所布置的各个工作面均有顶板破碎的现象 采煤工作面破碎顶板 支架梁前端冒顶是影响安全及生产效率的常见问题 采取相应措施 加强顶板控制 降低冒顶事故 是实现安全高产高效重要基础 3 采煤工作面破碎顶板控制 3 采煤工作面破碎顶板控制 综采工作面顶板控制的关键是支架梁前端顶板的维护与控制 因为支架梁前端顶板基本属无支护区 是工作面顶板控制的最薄弱环节 找出控制方法 对安全生产有重大意义 3 采煤工作面破碎顶板控制 3 采煤工作面破碎顶板控制 3 1支架梁前端冒顶的因素 一 地质因素煤与围岩的强度 节理 裂隙 断层 褶曲等地质构造是影响顶板稳定与否的内因 通常煤 岩层强度低 层理 裂隙发育 断层构造带是造成顶板岩层破碎易冒的重要因素 随工作面开采 煤层与围岩相对稳定的力学结构遭到破坏 顶板岩层应力通过煤层释放给底板岩层 若煤层强度低 易碎 顺板岩层应力无法或完全释放到底板岩层 从而导致顶板破碎 岩层的层理 裂隙是决定岩体强度的重要特征 层理 裂隙越发育 岩性越弱 强度越低 顶板岩层也越易冒落 断层 褶曲等地质构造带易造成顶板破碎 易冒 构造带与工作面夹角越小 揭露破碎带越宽 对工作面产生冒顶的影响也越大 断层落差越大 附近涨性构造裂隙越发达 岩性越松软 冒顶可能性也越大 3 采煤工作面破碎顶板控制 3 1支架梁前端冒顶的因素 二 支架梁前端面距若冒落程度用冒落范围占工作面总长的百分比表示 支架梁前端距越大 冒落程度随之增加 如图I 但有的工作面梁端距近为零 仍发生不少冒顶 这说明支架梁前端距不是影响顶板冒落的唯一因素 它受诸多因素影响 3 采煤工作面破碎顶板控制 3 1支架梁前端冒顶的因素 三 工作面推进速度顶板冒落程度与工作面推进速度有直接关系 工作面推进速度增加 工作面支护速度也加快 减少了煤与围岩的变行 减少了工作面冒顶 0921 1综采工作面2015年10 12月平均日推进1 2m 支架梁前端顶板极难控制 冒顶事故经常发生 1021 2综采工作面2016年3 5月平均日推进达到3 0m 工作面冒顶事故基本杜绝 工作面推进速度越快冒落程度越小 如图2 3 采煤工作面破碎顶板控制 3 1支架梁前端冒顶的因素 四 支架初撑力平均支护强度与冒落程度大致呈双曲线关系 如图3 且明显变化区间在250一300kN m2之间 低于此阻力支架梁前端冒落急剧增加 高于此阻力 对支架梁前端冒顶的影响不大 如把支架平均支护强度控制在250一300kN m2 就会减少支架梁前端冒顶 3 采煤工作面破碎顶板控制 3 1支架梁前端冒顶的因素 四 支架初撑力要保证支架的支护强度首先要确定支架初撑力 但实测表明 支架初撑力合格率平均只有70 左右 其主要原因 1 支架供液时间短 多支架同时供液 2 泵站压力不足 阀及管路泄漏 3 支架立柱 前梁千斤顶窜液 4 支架上有浮煤 浮矸 5 工作面底板松软 6 泵站流量小 主管路内径细 供液不足 3 采煤工作面破碎顶板控制 3 1支架梁前端冒顶的因素 五 支护状态良好的支护状态 会提高支架对顶板的控制能力 减少冒顶事故发生 由于采煤工艺不当 伪倾角掌握不好 造成运输机上窜下滑 支架不再垂直工作面 支架间呈台阶错茬 影响了支架支护状态 有时支架各立柱升柱不平衡 造成顶梁歪斜 不能平行支护顶板 形成顶梁与顶板线接触 有时出现歪架 咬架 调架不及时等 都会降低支架支护质量 导致顶板事故发生 3 采煤工作面破碎顶板控制 3 2破碎顶板的控制 一 支架选型煤层顶板不稳定 工作面尽量选择前梁具有伸缩性能的支架 采煤机通过后立即前移支架 支护刚暴露顶板时 伸出伸缩梁 最大限度缩小支架梁前端距 若煤壁折帮 可在煤机割煤前拉架 将支架前梁移至煤帮 即超前支护 在破碎顶板管理中也极为有效 二 顶板铺金属网破碎顶板在进人顶梁上方时已很破碎 且在顶梁上方形成厚度不等的浮矸层 移架时 浮矸从架间及支架梁前端漏下 也可造成支架梁前端冒顶扩大 铺顶网能使破碎顶板形成一个整体 达到改善顶板之功效 铺顶网 这对顶板管理有以下好处 1 防止架间 支架梁前端漏歼 改善顶梁与顶板的接触状态 2 有利于提高平均支护强度及围岩刚度 3 有利于防止煤壁少片帮 减少片帮深度 3 采煤工作面破碎顶板控制 3 2破碎顶板的控制 三 带压擦顶移架当采用正常操作程序降架移架 很难保持破碎顶板的完整性时 应采取带压擦顶移架 移架时 先启动推拉千斤顶 再逐渐卸载 使梁与顶板保持一定的支撑阻力 带压前移 这样顶板不会出现明显松动 可有效控制顶板 四 加强二次注液 保存初撑力合格工人操作移架时 为提高移架速度 常因供液时间短 支架初撑力达不到额定初撑力 加强二次注液 移架后支架继续增压 直到达到额定初撑力后 才停止供液 保证顶板真正支护有效 3 采煤工作面破碎顶板控制 3 3再生顶板的控制 一 日常维护方法1 及时支护 采煤机割煤后要及时伸出伸缩梁 防止冒顶 并及时移架支护顶板 缩短顶板空顶时间 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 铺金属网 在支架顶梁上铺金属网 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 让支架在走向梁及金属网的掩护下前移 3 采煤工作面破碎顶板控制 3 3再生顶板的控制 一 日常维护方法4 挑板支护 在煤壁靠顶板处掏一梁窝 将走向梁的一端架在煤壁上 另一头架在支架的顶梁上 如果煤壁容易片帮 则煤壁上不适宜或不能掘梁窝 这时可靠近煤壁侧打一临时贴帮柱 如右图所示 3 采煤工作面破碎顶板控制 3 3再生顶板的控制 二 特殊维护方法注浆固化破碎顶板 通过注浆泵将煤矿加固煤岩体用高分子主剂巴利瑞注入工作面破碎再生顶板内即采用化学加固材料对破碎围岩进行加固 也就是用一定比例配比的A B两种有机高分子聚合物 通过钻孔 利用注浆泵将混合化学浆液高压注入煤岩体 A B两种物质充分发生混合且发生一些列复杂的化学反应 生成对煤岩体具有较高粘结性的有机弹性体 来充填和固结围岩和煤层的裂隙面 对破碎煤岩体起到补强加固作用和充填密实作用 人为地改善了松软破碎煤岩体的物理化学性能 提供围岩整体性 充分发挥煤岩体自身承载能力 保持围岩稳定 保证了工作面安全生产 减少冒顶 提高开采效率 我矿曾在分层开采1081综采工作面中实践 应用该技术能及时改变围岩的松散结构和力学性质 提高了岩体的整体强度及抗压强度 提高了施工的安全可靠性 保证了回采工作面的正规循环开采 加注煤矿加固煤岩体用高分子材料巴利瑞加固超前控制顶板是保证煤矿井下安全生产切实可行的实用新技术新产品 3 采煤工作面破碎顶板控制 4 我矿液压支架特性 使用及维护 4 1我矿常用ZY32液压支架 4 我矿液压支架特性 使用及维护 ZY3200 13 32型掩护式液压支架 ZY3200 13 32 简称ZY32 型液压支架是为开滦集团公司设计的 适应开滦集团公司地质条件 一 ZY32支架的适用条件1 用于单一煤层开采工作面 2 适用工作面采高范围为1 5 3 0m 3 作用于每架支架上的顶板压力不能超过3200kN 4 适应煤层倾角不大于20 5 配套刮板运输机为 SGZ730 400 采煤机MG 350 二 ZY32支架的特点1 单排立柱支撑 加之平衡千斤顶的作用 支撑合力距离煤壁较近 可较为有效防止端面顶板的早期离层和破坏 2 平衡千斤顶可调节合力作用点的位置 增强了支架对难控顶板的适应性 3 控顶距小 对顶板的反复支撑次数少 减少了对直接顶板的破坏 4 伸缩比较大 适应煤层厚度的变化能力强 5 底座较短 稳定性较好 便于运输 安装和拆卸 6 重量较支撑掩护式轻 投资少 7 该种架型适用于破碎顶板及部分中等稳定顶板 且对煤层变化较大的工作面适应性较强 4 我矿液压支架特性 使用及维护 三 ZY32支架的组成ZY32液压支架主要由金属结构件 液压元件两大部分组成 如下图所示 金属结构件有 伸缩梁 前梁 护帮板 顶梁 顶梁侧护板 掩护梁 掩护梁侧护板 前后连杆 底座及推移杆等 液压元件主要有 立柱 各种千斤顶 液压控制元件 操纵阀 单向阀 安全阀等 液压辅助元件 胶管 弯头 三通等 等 4 我矿液压支架特性 使用及维护 四 ZY32支架的主要技术特征 型式 掩护式液压支架高度 最低 最高 1300 3200mm宽度 最小 最大 1420 1597mm中心距 1500mm初撑力 P 31 5MPa 3092kN工作阻力 P 42 11MPa 3200kN底板前端比压 1 72 2 21MPa支护强度 0 43 0 58MPa泵站压力 31 5MPa操作方式 邻架 4 我矿液压支架特性 使用及维护 4 2我矿常用ZY29液压支架 4 综采工作面顶板控制分析 ZY4200 12 29型掩护式液压支架 该支架是按MT T556 1996 液压支架设计规范 MT312 2000 液压支架通用技术条件 标准进行设计 制造作的 通过MT312 2000 液压支架通用技术条件 试验合格 能在井下安全使用 一 ZY29支架的适用条件1 用于单一煤层开采工作面 2 适用工作面采高范围为1 4 2 7m 3 作用于每架支架上的顶板压力不能超过4200kN 4 适应煤层倾角不大于15 5 配套刮板运输机为SGZ730 400 采煤机MXG 350 4 我矿液压支架特性 使用及维护 二 ZY29支架的特点1 单排立柱支撑 加之平衡千斤顶的作用 支撑合力距离煤壁较近 可较为有效防止端面顶板的早期离层和破坏 2 平衡千斤顶可调节合力作用点的位置 增强了支架对难控顶板的适应性 3 支架顶梁为整体顶梁带铰接前梁结构 前梁前部设有伸缩梁和护帮装置 护帮板挑平后可上翘5 3 顶梁和掩护梁均设计有双侧活动侧护板 4 前 后连杆均为双连杆 5 四连杆孔与销轴间隙为1mm 6 移架有效步距600mm 推杆为分体式长推杆 推移千斤顶采用倒装形式 7 底座为刚性中部开裆 稳定性较好 4 我矿液压支架特性 使用及维护 三 ZY29支架的组成ZY29液压支架主要由金属结构件 液压元件两大部分组成 如下图所示 金属结构件主要有 1伸缩梁 2导向梁 3前梁 4顶梁 5掩护梁 6前后连杆 7底座 8推移杆等 液压元件主要有 立柱 各种千斤顶 液压控制元件 操纵阀 单向阀 安全阀等 液压辅助元件 胶管 弯头 三通等 等 防护装置主要有 侧护板等 4 我矿液压支架特性 使用及维护 四 ZY29支架的主要技术特征 型式 ZY4200 12 29型掩护式液压支架高度 最低 最高 1 2 2 9m宽度 最小 最大 1 41 1 58m中心距 1 5m初撑力 P 31 5MPa 3091kN工作阻力 P 42 8MPa 4200kN对底板前端比压 2 05 2 91MPa支护强度 0 5 0 71MPa移架步距600mm泵站压力 31 5MPa操作方式 邻架控制支架重量 15 106t 4 我矿液压支架特性 使用及维护 4 5支架的操作和维护 在支架的操作和支护过程中可能出现的故障有 初撑力偏低 工作阻力超限 推溜不直 移架不及时 顶板管理不善 出现空顶 倒架等现象 1 初撑力和工作阻力支架初撑力的大小 对控制顶板下沉和管理顶板有直接关系 因此必须保证放顶煤有足够的初撑力 出现初撑力偏低 主要原因是作为支架动力的乳化液压力不足或液压系统漏液造成 操作时充液时间短也是一个原因 保证足够初撑力的措施是 乳化液泵站的压力 必须保持在额定工作压力范围内 随时观察乳化液泵站的压力变化 及时调整压力 液压系统不能漏液 尽量减少管路压力损失 但过大的初撑力对某些顶板管理不利 支架的工作阻力超限 对支架部件和液压元件不利 甚至造成损坏 支架工作阻力超限的主要原因 安全阀调定压力超过要求的额定工作压力 安全阀失去作用 达到额定的工作阻力时 安全阀不开启泄液而继续承受增阻压力 造成工作阻力超限 防止工作阻力超限的办法是 对安全阀要