复杂地质条件煤层顶板控制技术

复杂地质条件煤层顶板控制技术复杂地质条件煤层顶板控制技术 1 概述概述 翟镇煤矿是 1993 年投产的现代化矿井 设计生产能力 120 万 t 2002 年为 225 万 t 目前为单水平单翼开采 4 个生产采 区 4 个采煤队 全部为高档普采 支护方式为单体支柱加金 属铰接顶梁联合支护 主采 4 层煤 平均厚度在 2 8m 左右 厚 度变化较大 由于支柱的工作行程不能适应煤层厚度的变化 造成煤炭资源的浪费 由于活柱伸出量大 造成支护稳定性差 工作面安全得不到保证 由于人工支柱 回柱 工人劳动强度 高 劳动量大 基于上述原因 在充分分析论证的基础上 采 用轻型掩护式支架对回采工艺进行了改革 取得了较好的技术 经济效益 2 可行性分析可行性分析 2 1 煤层条件 主采煤层为 2 4 煤层 基本条件如下 2 煤 厚 0 4 24m 平均厚度 1 97m 目前开采区域厚度为 1 5 2 5m 复 合顶板 直接顶厚度 0 1 1 3m 主要为灰黑色泥质粉砂岩 极 易冒落 顶板管理难度大 老顶为灰白色较坚硬的中细砂岩 厚度 1 5 10m 底板为粉砂岩与泥岩互层 厚度 4m 受压时极易 出现底板变形 造成支柱钻底 从而影响工作面的支护质量 煤层倾角一般不大于 25 度 4 煤 厚度 0 3 81m 平均厚度 2 6m 为复合顶板 开采中顶 板极难控制 顶板管理难度大 底板一般为粘土岩 极易出现 支柱钻底 煤层倾角一般不大于 25 度 落差在 3m 以内的断层 及破碎带分布较多 通过对已经成功使用轻型掩护支架的峰峰矿务局新三矿的 调研分析可知 我矿 2 4 煤层的赋存条件与新三矿 3 煤层有 较多的相似之处 与支架所要求的煤层条件基本适应 在 2 煤 目前开采区域厚度为 1 5 2 5m 的条件下 采用轻型支架一次采 全高技术 由于支架的工作阻力大而对底板的比压小 可以解 决复合顶板的管理难度大和松软底板支柱钻底的问题 当煤层 厚度增大符合放顶煤开采条件时 再同时实施放顶煤 4 煤目 前厚度为 2 5 3 2m 也可采用轻型综放支架一次采全高或实施放 顶煤开采 既能解决复合顶板管理难度大和松软底板的支柱钻 底问题 保证较好的支护效果 又能降低工人劳动强度大 提 高煤炭资源回收率 2 2 井巷与装备条件 目前的高档普采工作面 生产设备能力较大 煤机 泵站 转载机 皮带等运输设备基本上可以配套使用 主要开拓及准 备巷道都是按照综采要求设计的 能够满足轻放支架运输要求 局部回采巷 道受矿压影响变形较大的区段适当扩修后也能满足要求 2 3 顶板条件 矿压观测结果表明 我矿 4 煤层工作面直接顶初次垮落步 距为 9 13m 属于 2 类中等稳定顶板 基本顶初次来庄步距为 22m 基本顶初次来压当量为 pe 241 31n lf 一 15 5n 52 6hm 式中 pe 基本顶初次来压当量 kn m2 lf 基本顶初次来压步距 m n 直接顶充填系数 n hi hm hm 煤层采高 m hi 直接顶厚度 取实测值 4 5m 将实测参数代入上式 有 pe 873 75kn m2 由于 pe895 所以工作面基本顶属于 i 级 来压不明显 资料表明 目前国内使用的所有轻型支架 都能适应我矿 的煤层顶板条件 3 设备选型设备选型 轻型综放支架主要有 zfz2000 15 23 zy2400 14 30 zfq2000 16 24 zfq2400 16 2 4 zfq2500 16 24 等型号 经过分析论证 最终选定 zy2400 14 30 型 支架的主要技术参数为 支架型式 两柱掩 护式液压支架 高度 最低 最高 1400 3000mm 宽度 最小 最大 1410 1580mm 中心距 1500mm 初撑力 p 31 4mpa 1856 2050kn 工作阻力 p 38 2mpa 2295 2481kn 对底板比压 前端值 0 23 0 71mpa 支护强度 0 486 0 542mpa 泵站压力 31 4mpa 4 关键技术关键技术 井田内落差小于 3 0m 的断层比较发育 如果采用传统的搬 家或平推硬过的方式 搬家的工作量一般都较大 搬家时间长 由于在断层处层理 节理 裂隙发育 顶板整体完整性差 造 成支护困难 经常出现顶板沿断层处整体冒落现象 为保证综 采工作面的正常推进 减少工作面过断层的难度 降低过断层 时危险系数 我们提出了 断层预处理技术 实现了在断裂构 造极为发育的复杂地质条件下 工作面无矸石快速通过断层 从而保证了综采工作面的高产高效 4 1 断层产状的准确判断 为了实现对断层全岩部分的预处理 查明断层的产状是关 键 我们应用槽波地震勘探等先进的探测技术 在开采前对工 作面的地质条件特别是落差小于等于煤层厚度的断层进行了准 确快速的超前探测 取得了非常好的效果 该技术探测断层准 确 可靠 基本满足了生产要求 4 2 断层预处理 断层位置探明后 采用在断层处预掘巷道的技术对断层进 行处理 预掘巷道断面采用半圆弧型布置 以扩大巷道跨度 尽量将断层的岩石部分提前处理掉 当预掘巷道完成后 工作 面过断层就变成了过老巷 当工作面距老巷 50m 时 在老巷内 提前支设单体液压支柱以加强支护 在工作面推进到老巷时用 单体液压支柱将原支护替出 这样工作面就可以不再对断层岩 石进行处理 实现采煤工作面无研石快速通过断层 由于断层 处顶板压力较大 采用锚杆索支护方式作为预掘巷道的基本支 护 在巷道进入支承压力高峰区时采用架棚加强支护 保证