单体液压支柱工作面顶板管理浅谈

单体液压支柱工作面顶板管理浅谈单体液压支柱工作面顶板管理浅谈 摘要 近几年来 单体液压支柱的推广使用 大大改善了 采煤面的顶板管理 减少了顶板事故的发生 促进了生产的发展 本文就我矿多年来使用单体液压支柱的情况 肤浅地谈一谈这种 支护装备对顶板控制效果的思考 关键词 单体液压支柱 顶板管理 安全效果 分析 1 概况 矿井在八十年初采煤工作面都是使用金属摩擦支柱支护顶 板 自 85 年起矿井才开始使用单体液压支柱 目前 矿井共三个 回采工作面 全部都使用单体液压支柱配 型钢梁支护顶板 经 过年多的生产实践及矿压观测证明 单体液压支往的支护性能基 本上适应我矿各类顶板的变化规律 煤层顶饭得到了控制 解决了 多种采煤方法的顶板管理问题 收到了比较好的安全效果和经济 效果 2 采面顶板支护设计 依据顶板压力确定支护的强度 密度进行计算 来确定采 面支护的排 间柱 再按直接顶破碎与否 确定顶梁类型 背 顶要求 2 1 矿压显现参数 根据矿井多年对采煤工作面顶板压力观测 矿压显现规律 如下 工作面的初次垮落步距为 11 20m 左右 垮落前支柱 最大工作阻力为 161 7kn 活柱最大压缩量 13mm 初次来压步距为 18 22m 顶板下沉量为 100 200mm 147mm h 支柱工作阻力为 123 2kn 周期来压步距为 10 15m 顶板下沉量为 60 100mm 55mm h 支柱工作阻力为 120 5kn 超前压力影响范围 12 20m 最强烈为 8 12m 2 2 支护设计 2 2 1 顶板压力的确定 其计算公式为 p k1 r h 9 8 102 n m2 k1 顶板压力系数 一般为 k 4 8 取 4 r 岩石容重 2 5t m3 h 工作面采高 1 8 米 2 2 2 每根支柱支护面积的确定 s f 平 k2 p s 每根支柱支护面积 m2 f 平 平均工作阻力 294 额定工作阻力 0 8 235 2 kn k 2 安全系数 一般为 1 05 1 10 取 k 1 05 p 单位面积顶板压力 n m2 2 2 3 支柱排距 柱距及迎山角的确定 根据工作面顶板岩性 控顶方式 邻近煤层顶板活动情况 及工作面 型钢梁长度 确定排距 1 0 m 验算柱距 s k3 b a 柱距 s 每根支柱支护面积 m2 b 1 0 m 排距 k3 柱距安全系数 一般为 1 4 1 6 取 1 4 由公式 p k1 r h 9 8 103 s f 平 k2 p s k3 b 可推得 a f 平 k1 k2 k3 h r b 9 8 103 a 235 2 4 1 05 1 4 1 8 2 5 1 0 9 8 103 0 91 式中 f 平 平均工作阻力 294 额定工作阻力 0 8 235 2 kn h 工作面采高 1 8 米 k1 顶板压力系数 取 k 4 r 岩石容重 2 5 吨 m3 k 2 安全系数 取 k 1 05 k3 柱距安全系数 1 4 b 1 0 m 排距 a 柱距 根据顶板管理有关规定及采面顶板压力显现规律 工作面 支柱的柱距取 0 8m 支柱迎山角沿倾斜方向向上迎 2 3 沿走 向方向往老塘迎 1 2 架设时支柱必须成排 成行 成直线 其偏差不超过 100 毫米 3 工作面顶板支护要求 3 1 工作面支护 根据工作面采高 顶底板岩性及顶板下沉 量 选用外注式系列单体液压支柱配 型梁支护 一梁三柱走向棚 二 根一组 组间距 0 8m 交替迈步前移 梁长 2 4 梁间隔 0 2m 梁端至煤壁不得大于 300 初撑力不小于 90kn 11 47 工作面底板松软时必须下好底梁和穿 好铁鞋并随工作面推进而循环使用 回采工作面放炮前后要实 行二次注液 煤层底板较坚硬时 单体液压支柱脚眼必须找毛 确保护效果 支护顶板正常情况下 每架棚背顶 4 组 两根一组 1 2 米长的杂棒 顶板破碎时 每架棚背顶 1 2 米长木板皮 4 块 3 2 特殊支护 密柱 采用单排密集支柱切顶 每空两根密柱 支柱 应打紧 打牢 打对山 严禁打在浮煤 矸上 并保证有足够 的初撑力 丛柱 初次放顶或正常放顶时 放顶局部悬顶或冒落 高度不充分 2 5 m2 必须架设丛柱 每 5m 一组 每组三 根支柱呈 品 字型架设 且必须打紧 打牢 打对山 靠帮支柱 断层处 破碎带及工作面压力大 造成煤 壁片帮 炮道超过规定的地段及采高大于 1 6 米处都必须打好 靠帮临时支柱 其间距为 0 8 米 煤壁用木板皮卡紧 顶板用 4 组杂棒和木板皮接实 戗柱 对于回采工作面大面积未来顶及俯斜开采地段 则架设戗柱 其支护方式为液压支柱配圆木 靠近切顶线架设 沿倾斜方向一梁三柱 支柱间距 0 8 米 3 3 运输巷 回风巷及端头顶板控制 3 3 1 采面上 下端头支护 工作面刮板运输机头尾处使 用 四对八梁 支护一梁三柱 交替迈步前移 固定专人负责 超前回采工作面一排 倾斜长度不低于 4 0 米 梁长为 2 6m 的 型钢梁 每组两根 间隔 0 2m 其中一根迈步 1 0m 每组间 距 0 8m 上 下端头第一根支柱分别距风巷下帮 机巷上帮的 距离不大于 0 5m 回采工作面刮板运输机头尾的固定支柱和压 柱要打紧 打牢 打对山 刮板运输机头尾固定支柱分别为 4 根和 2 根 支柱与顶底板垂直架设 机 风巷分别架设一组 型梁 并交替迈步前进 3 3 2 上 下安全出口支护 机 风巷用 梁抬棚后 巷道 20 米内 净高不低于 1 6m 机 风巷人行道宽度不少于 0 7m 柱距 0 8m 上 下安全出口距煤壁 10m 抬双棚 10 20m 内靠煤壁帮抬单棚 20 米以外 巷道净高不低于 1 8 米 3 3 3 备用支护材料 在工作面风巷中 常备有 2 0m3 以上 的材料 园木 直径不小于 160mm l 2000 2600mm 板 皮 长 宽 厚 1200 200 20mm 杂木棒 长 1200 挡 矸帘 长 宽 1200 600mm 同时 应留有 dz 22 及 dz 25 型 备用支柱及 梁 其数量不少于工作面在用支柱的 5 10 支 柱必须正放 严禁倒立 回采工作面支柱编号管理 所有备用 支护材料距工作面不超过 50m 并码放好 挂好标识牌 3 3 4 支护操作顺序和要求 型钢梁支护时 每组不少于 2 人 爆破后要求及 时移梁 背好顶 一梁二柱 防止冒顶事故 与此同时及时支 护好切顶线带帽顶柱 及时打好靠帮柱 只有将工作面的煤攉 尽 移溜完毕 都形成一梁三柱后 方可开始切顶线放顶 向前移梁时 必须使 型钢梁沿煤层走向保持平行 必须按照由下而上顺序进行 并保证移梁宽度一致 严禁乱移 人员严禁站在采空区侧柱间操作 为防止 型钢梁旋扭 支柱 与钢梁必须面接触 四爪卡牢 竖立支柱前 要按作业规程规定确定柱位 清扫柱 位浮煤 刨柱窝 麻面 下好底梁 支柱时 人员要站在该支柱地点上方操作 架设单体 液压支柱时 1 人扶柱 将手柄体和注液阀调整到规定位置 1 人用注液枪清洗注液阀嘴 然后将注液枪卡套卡紧注液阀 开 动手柄均匀升柱 使柱爪卡紧梁牙或柱帽 并供液使支柱达到 规定初撑力为止 升柱后要及时拴好联锁绳 单体液压支柱架设工作结束后 必须对初撑力达不到 要求的支柱 进行二次注液 单体液压支柱三用阀严禁架设成反方向 4 顶板控制与安全 正确而完整的标准 应该是所设计的采面支护能够对付可 能发生的各种类型的事故 漏顶 冒顶 推垮 从力学原因 分析 采面冒顶事故可以归纳漏顶 压垮 推到三种基本冒顶 类型 4 1 采面顶板漏顶型冒顶事故分析 当直接顶下沉过大 顶板破碎 而采面没有采取有效的针 对顶板破碎地段 有效特殊支护或支柱失效就会出现漏冒型冒 顶 通常都是按直接顶的类别确定对其防护措施 例如 对于 完整的直接顶 我矿四煤层顶板 采用带帽点 对于中等稳定 的直接顶 我矿二煤层顶板 采用带顶梁的支柱 对于破翠的 直接顶 我矿三煤层顶板 不仅要使用 型梁配支柱 而且 型梁上面还要背竹笆 木板皮密背 炮道无支护空间是防漏重点 当直接顶很破碎或直接顶中 存在游离岩块时 应尽量减少顶梁与煤壁之间的距离 为了防 止工作面冒顶事故的发生 梁上面要及时用废旧的材料垫平 或者用编织袋装煤矸充填好 防止顶板空顶 和 梁不实 造 成不必要的冒顶 工作面上下两端头是防漏的另一个重点 严格执行规定的 四对八梁 交替迈步前进的措施 对于机巷煤在棚顶上及风巷 在底板的情况下 分别采取超前支护 风巷假风巷等技术措施 完全能够防止溜头 溜尾处的局部冒顶 此外 对采面中出现的地质构造破碎地带 应及时补充安 全技术措施重点防范 以预防冒顶事故发生 同时对于软底板 工作面 要及时下好底梁 确保采面不台阶下沉 4 2 采面压垮型冒顶事故分析 在老塘断裂下沉的时候 或者是老塘顶断裂线进入采面空 间时 因支柱的支护强度不够 或者支护质量有问题时而导致 工作发生压垮型冒顶 目前 矿井采面都是使用单体液压支柱其可缩量可达 800 豪米 能够适应老顶结构下沉 而且单体支柱工作面的支护密 度已达 1 5 2 倍左右 老塘切顶线全部采用密集支柱切顶 完全 能够支撑直接顶的压力 因此 目前所使用的单体支柱 一般 支护质量没有问题 和支护强度到位是可以控制压垮型冒顶 4 3 采面推垮型冒顶事故分析 当直接顶中存在大块游离岩块时 就可能发生推垮冒顶 预防直接顶中大块游离岩块旋转推垮工作面的措施是 观测顶 板中的断层 裂隙 煤层分叉等情况 判断大块游离岩块的存 在 估计回柱时该大块游离岩石是否失稳旋转而下 如果不会 失稳则可正常回柱 如果可能失稳则不能回柱 扩大控顶距 待大块岩块完全进入老塘再回柱 对于压 漏 推三种冒顶事故 必须用好采面支柱的支 护 稳三种性能 支是指支柱的支撑力与可缩性 其是对付顶 板来压的 护是指支柱防护破碎直接顶的性能 通常是通过顶 梁与背顶材料来实现 可见其是对付漏的 稳是指支柱抗衡沿 层面向推力或拉力的性能 当采面应用液压支柱及绞接顶梁 型梁 时 可通过用支柱间或顶梁的联接与采面单体支柱 联成一个整体 并增加连锁绳 等方法形成稳定性 5 结论与建议 使用单体液压支柱合理设计支护 就是要针对具体的煤层 及其顶底板条件来确定 目的是促进顶板在一定时期内保持稳 定 在支护强度内承受可能发生的压 漏 推现象 应当指出 不同采面发生压 漏 推冒顶的可能性各不相同 一个采面的 不同地点 发生压 漏 推的危险也不一样 因此 合理设计 支护时 必须因地制宜 建议单体液压支柱支护顶板重点主要 从以下二方面落实 5 1 规范支护设计 支护设计应根据矿井煤层顶底板结构 压力显现规律 支柱性能等技术参数合理确定支护密度 支柱 排距与柱距 然后 加强现场质量管理 确保支护效果 5 2 支护标准与顶板控制 工作面控顶范围内 工作面顶板不出现台阶下沉 顶 底板移近量采高 100mm m 梁端至煤壁顶板冒落高度不大 于 200mm 新设支柱初撑力 90kn 底板松软时 支柱要穿柱鞋 钻底 100mm 工作面支柱要打成直线 其偏差不超过 100mm 柱 距偏差不大于 100mm 排距偏差不超过 100mm 工作面上下机头处使用好四对八梁 支柱初撑力 90kn 工作面上 下出口及两巷 超前支护必须用液压支柱 和长钢梁 距煤壁 10m 范围内打双排柱 10 20m 范围内打单 排柱 高度不低于 1 6m 有 0 7m 宽人行道 柱距 0 8m 控顶距不超规定 采空区冒落高度普遍不小于 1 5 倍 采高 局部悬顶 10m2 和冒落高度不充分用丛柱加强支护 超过的要强制放顶 切顶线支柱数量齐全 无空载支柱和失效支柱 挡矸 有效 特殊支护 戗柱 戗棚 符合要求 5 3 预防冒顶事故建议 加强工作面工程规格质量 严格按采煤工作面质量标 准化要求架棚 支柱必须成排 成行 迎山有力 初撑力不少 于 90kn 支柱架设必须根据煤层顶底板坡度而定 严禁架在浮 煤 浮矸上 严禁鞋上穿鞋 帽上带帽 严禁架设光头支柱 底板松软时 要穿鞋支护 合理布置好炮眼 按规定装药 防止放炮时崩倒支柱 对于