厚煤层综放工作面顶板控制技术研究

厚煤层综放工作面顶板控制技术研究伊新煤业11盘区23225综放工作面位于井田东北区的南部属低山丘陵地貌开地表植被不发育开工作面所在区域停采线东北部地表自南向北方向发育一条自然冲沟开冲沟内主要为地表降水和融雪水为季节性自然冲沟无常年性地表水体对应地表无耕地、村庄、经过地表220kv彦惠线供电线路中的53#塔基开过塔基期间根据沉降情况采取限厚开采和杆塔基础调整维护措施实现工作面跨高压线连续开采用根据相邻1123223综放工作面过52#塔基沉降情况开塔基开始沉降到趋于稳定共需90d开限厚开采后开最大沉降量约3.5m用现已对53#塔基进行加固用过塔基期间根据沉降情况进行加固调整用根据现有地质资料和1123223综放工作面揭露情况分析本工作面所在地层倾角为5～8。开煤层倾角平均6.5°煤层构造相对简单#工作面范围内煤厚10～12m开平均10.5m含2层夹矸夹矸厚0.8～1.8m工作面在23-2煤层厚度变化不大开总体中部较薄开东北西南较厚用工作面受背斜构造影响先仰采后俯采辅运巷0～764m为仰采段开以外为俯采段主运巷0～500m为仰采段开以外为俯采段用1.2煤层顶底板岩性条件根据矿井勘探资料及顺槽掘进工作面揭露情况分析1123225综放工作面顶底板工程地质条件如下：1123225综放工作面位于中生界侏罗系水西沟群八道湾组(J1b)的煤23-2用该煤层顶板岩性以泥岩和炭质泥岩为主厚度2.55～5.25m用岩石天然抗压强度平均12.2～16.27MPa饱和抗压强度较低用为1.81～3.69MPa抗拉强度和天然抗剪强度也相对较低分别为0.87～1.25MPa和2.05～3.53MPa用软化系数一般在0.02～0.25之间表明这些岩石属于软质岩类抗水和抗风化能力弱易风化崩解和软化用23-2煤层直接底板主要为灰白色细砂岩开厚度1.39～2.29m用该砂岩具有砂状结构和块状构造主要矿物成分为长石和石英钙泥质胶结岩芯完整且致密坚硬开呈长柱状然而开其天然抗压强度虽在14.44～19.5MPa之间但饱和抗压强度、抗拉强度和天然抗剪强度均相对较低#软化系数在0.02～0.25之间说明23-2煤层底板也属于软弱岩类泥质含量高开遇水容易软化用2巷道布置2.1工作面巷道布置①1123225综放工作面辅运巷开门坐标：辅运巷设计长度为3100m布置在23-2煤层中开辅运巷T5导线点以西7.5m处开门按方位225。沿23-2煤层底板留底煤不大于0.5m主要用于工作面辅助运输和进风#②1123225综放工作面主运巷开门坐标：主运巷设计长度3100m布置在23-2煤层中在122301辅运巷东侧开门按方位135°开沿23-2煤层底板留底煤不大于0.5m主要用于工作面煤炭运输和回风③1123225综放工作面切眼坐标：切眼方位角315°掘进长度280m用⑤停采线：工作面停采线设置在与三角区辅助运输巷法线距离40m处2.2工作面巷道尺寸巷道的几何参数、支护形式如表1所示“锚网带+锚索”“锚网带+锚索”“锚网带+锚索”断面形状净宽5200采用山东思科赛德KJ24顶板灾害监测预警系统进行监测每隔6架设置一个支架压力监测点#工作面支架压力记录仪分别布置在6#12#18#24#.…、161#在两顺槽超前支架各设置一处压力监测点曲通过对工作面支架和顺槽超前支架的工作阻力监测掌握支架工作状态评价支架适应性及顶板控制效果防止工作面异常来压¹1用工作面辅运巷及主运巷每隔150m安设一组顶板门处设置观测点顶板离层仪深基点设置深度为8.1m川浅基点设置深度为2.3m顶板离层浅基点预警值为60mm川临界值为80mm#深基点预警值为100mmf临界值为130mm围岩变形预警值为100mml临界值为点(见图1)间距不得大于两排锚杆的距离使用挂线测量读数精确到毫米通过前后数据对比准确计算巷D1123225综放工作面辅运巷及主运巷每隔150m安设4个锚杆(索)应力计对工作载荷进行观测其中开顶板锚索安装1个顶板及两帮支护锚杆上各安式树脂锚杆应力计预警值152kN开临界值190KN开MSGLD-400202000m预警值100kN临界值126kN锚索应力计预警值160kN临界值200kN工作面顶板管理采用全部垮落法选用152架ZFY130002442D型中部液压支架2架ZFYG130002442D型中间过渡支架7架ZFG1500027/42D型过渡支架辅运巷超前支护选用1组ZCZ400002445D型超前支架主运巷超前支护选用1组ZCZ300002445D型超前支架下端头支护选用1组ZQL2100002445D型端头支架开对工作面顶板实行主动支护管理最大控顶距5990mm最小控顶距5190mml端面距340mm见图2用采煤机割煤后采用快速移架方式对顶板及时支护先降低立柱高度使支架顶梁离开顶板20m再操作推移油缸进行拉架开正常拉架位置滞后采煤机前滚筒3组支架工作面顶板破碎时降低采煤机运行速度采用跟机方式开逐架进行割架、拉移在端面距超过600mm时拉移超前架支护顶板用正常移架时支架滞后采煤机前滚筒3～5组割煤时提前3组支架收回伸缩梁及护帮板拉架后滞后3组支架伸出前探梁及护帮板用前部刮板输送机在滞后采煤机后滚筒6组支架处按顺序推移开步距0.8m弯曲段不小于23m#在工作面初次来压和周期来压期间需加强来压的预测预报工作开准确分析判断初次来压位置及周期来压步距同时用确保液压支架的初撑力不低于24MPaf上下巷超前支架的初撑力也同样不低于此标准用此外开要加强上、下端头顶板的安全管理提升顶板支护的质量并确保上、下出口的人行通道符合安全要求在过断层或地质构造时开需严格控制割煤高度开保证顶、底板平缓过渡，严禁出现台阶状。要确保支架支护有效，移架时必须使用侧护千斤顶进行调整。在拉移过渡支架时，应启用防倒油缸，防止支架出现错茬、歪架、倒架和咬架等问题，确保支架系统稳定和安全。生产期间，工作面采高需严格控制在3.8m,并根据顶板情况适时调整。要加强工作面顶板的安全管理，确保支架支护状态良好，护帮护顶合理。支架间隙应控制在100mm以内，防止挤架或架间隙过大。支架必须垂直刮板输送机，顶梁与顶板紧密接触，仰俯角及应超过顶梁侧护板高度的2/3。移架时，需密切观察相邻支架情况，防止咬架、挤架、歪架。支架初撑力需不小于24MPa,安全阀开启压力不得随意调整，立柱活柱伸出量不低于200mm①支护方式辅运巷超前支护：采用ZCZ400002445D型超前支架支护，超前支护长度23m主运巷超前支护：采用ZCZ300002445D型超前支架支护，超前支护长度23m。②超前支护要求主运、辅运巷支架组要与顶底板垂直，走向成一条直线，接顶要实，当巷道超高、顶板不平时使用木料接顶。为减少超前支架对顶板完整性的破坏，在顶板条件完好时，超前支架初撑力不低于24MPa,在工作面周期来压、过地质构造及超前压力明显时初撑力必须达③超前支架操作工艺超前支架系统配备两组控制器，分别负责控制前后两组超前支架的前移。在操作顺序上，首先移动工作面过渡支架，接着移动超前支架，最后移动端头支架，确保整个支架系统有序前移。超前支架采用“交替迈步”的方式移动。在移架操作支架控制器进行移架。施工人员站在支架一侧操超前支架拉移到位后，需利用支架防倒油缸进行调整，确保支架垂直顶底板，且顶梁紧密接触顶板，保证支架稳定。在移超前架的过程中，施工人员需保持安全站位，脚部与超前支架底座保持安全距离，并有专人监护人员及顶板安全。超前支架两侧需保持齐直，偏差不得大于100mm支架顶、底梁需与巷道顶底板保持平行，支架立柱与顶底梁保持垂直。超前支架的初撑力不得低于24MPa,特别是在工作面周期来压、过地质构造及超前压力明显时，初撑力必须达到24MPa以上。此外，超前支架段的人行道需保持畅通，无积水、杂物；超前支护范围内的各类管线需吊下端头采用ZQL2100002445D型端头支架支护顶板。顶板压力大，上、下端头有撕网漏矸现象时，铺设金属菱形网维护顶板。菱形网接茬处用穿现漏联、空联现象。工作面推采过程中，根据上、下隅角采空区顶板实际冒落情况采取退锚措施，当上、下隅角顶板破碎时，不进行退锚。当隅角顶板无缓宽×巷道长=3m10m(其中，巷道长自切顶线开始计算),需要悬挂挡风帘进行严密封闭。同时，通防应空区连续注氮、喷洒阻化剂，若采空区