高突综采工作面支护优化研究与应用

高突综采工作面支护优化研究与应用摘要：本文对深部高应力突出工作面的支护方案进行优化设计与施工，并在平煤股份八矿综采工作面开展测试，结果表深部巷道由于地应力大、围岩强度低开存在支护困难、稳定性差、维修量大等工程问题对煤矿安全生产构成较大威胁用深部巷道围岩支护技术一直是学者关注的焦点近年来随着采煤深度加大开巷道支护问题更加突出开如底板隆起严重围岩大面积失稳破坏支护结构破坏严重#针对围岩变形破坏特性及深部软岩巷道稳定性控制技术的研究开国内外许多学者结合理论分析与大量工程实践开取得一系列成果用综合机械化采煤是目前广泛应用的先进采煤技术开综采工作面的机电设备布置功能逐渐细分我国绝大多数综采工作面设备布置方式仍然较为传统1-3用采面下三角区和风巷动压区支护仍然多数使用单体柱配合金属铰接顶梁、π型大梁或木梁用采面下三角区和风巷动压区支护能力相对薄弱开对于巷道压力较大的采面和推进速度较快的采面开下三角区和风巷动压区的传统支护方式已不能满足需要开间接影响矿井发展4用由于采区管线布置方式造成事故率高前期巷道建设投入大整体对于新技术、新设备使用率仍然不高开综采工作面设备提升能力受限质量标准化及人均工效仍有较大提升空间工作面巷道支护设计越来越重要51#为了开展煤矿“一优三减”建设平煤股份八矿研究投入装备开优化设计方案与整体布局推动煤矿安全高效水平更上平煤股份八矿主采己15煤层目前己15煤层已进入二水平开采己₅煤层己一采区区内钻孔见煤点189个用煤厚变异系数28%可采性指数0.99#煤厚0.40~积291120.5m计算可采储量119.5万t用己-21030工作面采用优化的风巷超前支护方式、对工作面应力集中的支护方式和工作面管线布置系统进行优化布置实现工作面高效回采2综采工作面风巷超前支护方式研究传统的采煤工作面风巷超前支护常见的是用单体液压支柱链接金属铰接顶梁、π型大梁或木梁开根据巷道断面和顶板压力计算支护参数用但是在特殊地质条件和临面开采时田传统支护方式的局限性逐渐显现主要表现为支护强度低、支护效率低、支护工作量大、成2.1试验工作面动压支护方案己₅-21030综采工作面风巷支护断面为宽×高=用中22mmx6300mm预应力锚索成对布置两帮选用3000高)3000高) 4600(净宽)g网水管路(010m己₅-21030综采工作面风巷动压区自工作面末组支架前梁向外不小于20m范围采用ZC400018/35巷道超前支护液压支架进行支护开该超前液压支架并排交叉沿工作面走向布置超前液压支架两排各距上、下帮不低于500mm排间距不大于3500mm#如果随着采面推进开运输机下移最后一架与风巷上帮间距超过2m时开使用4.2m长π型梁配合单体柱平行支护架设端头支护开一梁三柱用最后一架与风巷上帮悬顶间距HDJA-1200型铰接顶梁沿走向架设单排托棚用超前支护方式如图2所示用八矿己，-21030综采工作面风巷动压区采用ZC4000-18/35型巷道超前支护液压支架按并排交叉沿巷道走向布置进行支护曲超前液压支架间隔2.5m图3己，-15030风巷动压区支护布置示意图通过对八矿同煤层己，₅-15030和己，-21030两个综采工作面风巷动压区移进量进行观测位置取切眼向外5m处顶、底板及上、下帮随采面推进从采面回采1个月开始15d采集一次数据每组数据与巷道设计尺寸进行对比汇总对比结果结果如图4所示用图4动压区不同支护方案巷道变形量通过对八矿同煤层己，-15030和己，-21030两个综采工作面风巷动压区移进量3个月的观测对比采用ZC4000-18/35型巷道超前支护液压支架按并排交叉沿巷道走向布置进行支护的顶底板移进量平均值为29am采用单体液压支柱链接金属铰接顶梁、π型大梁或木梁支护的顶底板移进量平均值为50m采用ZC4000-18/35型巷道超前支护液压支架按并排交叉沿巷道走向布置进行支护的两帮移进量平均值为34am采用单体液压支柱链接金属铰接顶梁、π型大梁或木梁支护的两帮移进量平均值为52m#试验证明使用ZC4000-1835型巷道超前支护液压支架支护可以替代单体液压支柱链接金属铰接顶梁、π型大梁或木梁支护对巷道移进量控制有明显改善取得良好的支护效果3应力集中区支护方式优化研究一项重要工艺⁶-7开现在的管理方法是采用π型梁配合液压单体柱支护顶板在运输机过机头时需要及时果也不利于安全生产用当下三角区域出现地质构造顶板破碎时开采面下出口的维护及管理难度加大需要增加人员和材料维护下出口顶板开特别是伪倾斜管理不当时需要做机头大超前在花边梁配合单体柱的支护下工作极不安全用为了弥补以上缺点开八矿为己15-21030综采工作面选用ZT17500-1835D型端头液压支架支护下出口顶板如图5所示用4端头液压支架支护应用特点分析4.1应用范围广端头支架结合平顶U型棚支护及锚杆支护可延伸的半圆顶U型棚支护有效支撑了回采工作面机巷三角区域的超前应力回采过程中未出现因支护强度低造成的煤巷变形使巷道高度在1.8m以上人行道宽度在0.8m以上不用二次维护用端头液压支架支护极大适应了八矿的作业工序为采面两个端头提供可靠的作业空间以往的回采工作面超前支护及端头支护大多采用π型大梁、单体铰接梁等全人工支护方式作业完全采用人工移柱及放顶操作不安全可能导致顶板伤人用而本工作面在使用端头支架后具有工作阻力大、支撑能力强的特点开支撑性能可靠、操作方便川极大优化了端头支护效果确保在两个断面机头作业的安全开降低支护风险有效控制了工作面两个端头的顶板避免顶图5ZT17500-18/35D型端头液压支架示意图板事故端头支架也减少了支护对顶板的局部比压，保障了两端顶板的持续性，实现对顶板的封闭式管理工作面端头支架的推移板和转载机之间采用硬连接，并将连接部分强度增加，此连接用于外移端头支架的同时，具备推移转载机的作用#转载机一节中部槽为特殊槽，用以连接端头支架上下帮共4根拉移千斤顶，保证端头支架正常拉移，同时此千斤顶作为推移千斤顶负责转载机向前推移因此，转载机外省去了人字梁及锚链等拉移转载机，减少设备投入的同时，避免因锚链断裂造成的生产事故，提高了生产安全性4.4减员提效工作面端头采用长钢梁和单体铰接梁，每工作班需要5个人同时操作，而优化为端头支架支护后，每班只需2个人配合即可完成用在回采过程中，初次来压和周期来压过程中，端头超前支架均未出现压死情况，表明该端头支架能承受回采工作面的周期来压，使工作面高效推进用端头支架高效满足了支护需求，保证了回采顶板安全用优化生产班的回柱支护和检修班进入老塘的回柱放顶工作，人员安全得到保障用优化技术在节约人力资源的前提下实现顶板有效支护，创造了安全的工作环境，有效减少顶板事故隐患端头支架优化，生产班作业效率大大提高，使用移架作业代替传统移动π型大梁、铰接顶梁或木梁过机头的工序，节约工作人员3人，推机头用时20min左右，比优化前减少50%时间检修班方面，省去外移锚固装置的工作，大大减轻了回采端头支护的劳动强度计，分析高应力区域及风巷端头的支护情况，对高应力区域的支护方式进行优化，在平煤股份八矿展开现场测试，结果表明：通过对八矿同煤层己，-15030和己，-21030两个综