返回
采矿技术
综采放顶煤工作面的顶板控制
来源:脉道采矿网2018-04-111967
       乌兰井田位于贺兰山北段煤田呼鲁斯太矿区的北端,井田内下二叠统山西组3#煤为井田内的特厚煤层,煤厚平均为9.95m。煤层结构复杂,有夹矸2~18层,一般有1~10层夹矸,上部距顶板1m左右有一层高岭石泥岩,厚度在0.8m左右,分布范围广,沉积稳定。煤层变异系数0.42,为较稳定煤层。煤层顶板为粉、细砂岩,底板为砂岩。煤层倾角平均24°。

1 综合开采技术在3#煤层中的应用

3#煤层为乌兰矿的主采煤层,占全部储量的42%,1992年11月~1993年3月,该矿在33#煤层中进行综采放顶煤开采工业性试验,经有关专家组成的技术鉴定委员会鉴定,认为该项目技术达到了国内领先水平,可以有效地指导生产,并在国内类似条件的煤层中推广应用。试验成功后,在3#煤层的开采方式主要采用综采放顶煤工艺。截止2002年7月,走向推进已达3200m。

综放工作面的布置方式:工作面的两风巷沿煤层走向布置,沿底板掘进,采用矿用11#工字钢制作的梯形支架支护。沿顶板布置一条顶板道,与工作面风巷内错一定距离。工作面切眼沿底板布置,倾斜长度正常时为150m左右。工作面采高2.4m(支架正常支撑高度)。

2 综放工作面片帮冒顶原因分析

综放工作面顶板,实际是支架上覆的顶煤,按顶板分类,应属破碎顶板。3#煤层普氏硬度系数为0.6~1.2。由于各种因素的作用和影响,工作面架前多次发生片帮冒顶,严重影响正常生产和安全,直接影响综放技术发挥优势和效益。

(1)煤岩层性质影响。采煤工作面顶板破碎的根本原因是顶板为不稳定的煤岩层。综放工作面的顶板是煤层,支架上覆顶煤本身的性质,是导致顶煤板破碎的重要因素之一。乌兰井田3#煤层在不同的采区,其性质有所不同,从而使工作面顶板控制措施不同。北翼及中部采区的5321工作面、5331工作面、5332工作面、5333工作面、5334工作面,由于煤层自身产状相对稳定,节理裂隙不发育,加之硬度较南翼采区煤层高,分析开采过程的煤壁及顶板控制,由于煤层自身原因造成片帮漏顶的情况只占10%左右,并且是在遇到很明显的地质构造(如断层、褶曲等)才发生片帮冒顶,使顶板难以控制。南翼采区的5335工作面、5326工作面、5327工作面,在回采过程中发生的片帮漏顶事故,经分析有近90%是因为煤层遇地质构造(揉皱软煤区、小断层群造成裂隙、节理非常发育、层理紊乱、底板异常鼓起、出现泥岩伪底等)造成的。在不同的综放工作面,煤层性质都表现出了对顶板控制的重要的影响作用。从顶板控制角度,我们希望支架上覆的顶煤完整稳定,但放顶煤工艺本身又要求顶煤到达放煤口时必须达到一定的破碎程度,因此较软的煤层其放出性较好,宜采用放顶煤工艺,但对顶板控制不利。

(2)矿山压力的作用。综放工作面顶煤是在矿山压力、工作面前方煤壁的支撑压力及煤的自重力作用下,产生裂隙、离层逐渐破碎,在支架切顶线后方冒落。如果由于自身性质及外部作用,破碎已达一定程度,架前片帮冒顶就有发生的可能。分析3#煤层的开采情况,周期来压很不明显,支架工作阻力普遍较小,支架所受顶板压力作用点前移,并且在支架顶梁上非均匀分布,支架上方顶煤在支架前移后,很少出现悬顶现象。架前顶煤经常出现沿煤壁切开,但煤体并不是特别破碎,说明并没有受到极大的挤压作用。因此,放顶煤工艺的特点,使3#煤层工作面矿山压力显现不明显,发生大范围的片帮冒顶情况很少出现,所以矿山压力对放顶煤工作面顶板控制的影响并不大。但要明确的是,如果有其他因素的共同作用,矿山压力将加剧采场恶化程度,给顶板控制增加困难。

(3)人员操作和劳动组织因素。放顶煤工作面对操作和工艺组织要求不同于普通综采工作面。顶板控制对人员操作要求就是要及时支护,并尽最大可能预防片帮冒顶,包括对局部架前、架间漏顶、片帮的重视和处理。综放支架前梁上方常常是已破碎的顶煤,移架操作要求少降支架,带压擦顶前移;在工序安排上,规定移架距采煤机后滚筒不得超过3架。技术人员和施工人员对大量的片帮冒顶事故进行分析总结,对3#煤层综放工作面移架工序制定相应措施。由于煤层自身性质及矿山压力的作用,支架架前出现煤壁压酥破碎、片帮深度0.4~0.6m。如果采用挑伸护帮板临时支护,护帮板与煤壁接触面积较小,有时是线状接触,煤壁得不到有效支护,架前空顶也没有改善。同时由于操作失误造成的人为冒顶事故,如降架过多,支架不正、倒架、咬架、不按放煤工艺规定放煤等,也会引起顶板状况恶化。

3 综放工作面片帮冒顶的处理和预防

综放工作面片帮冒顶后,因支架上方是破碎的顶煤,大量的破碎状顶煤流入回采空间(输送机里、架前、架间空间),使作业中断,输送机停止运行。如果冒险启动输送机继续运转,就有可能使片帮冒顶扩大,顶板岩石垮落,输送机被“压死”,甚至影响到工作面通风系统,有时侥幸有大块煤矸塞堵暂不漏,但片帮冒顶隐患依然存在,并使支架上方形成“空洞”,给作业带来威胁。因此,综放工作面片顾冒顶应以预防为主,一旦发生片帮冒顶必须想方设法控制其蔓延扩大,然后采取合适的处理措施。

3.1 片帮冒顶的处理

综放工作面片帮冒顶后,可利用“撞楔法”通过破碎带,该方法适用于破碎的煤岩体中有大块,片面性帮深度不太大的情况,用撞楔堵住漏洞,然后再加强支护控制冒顶。

施工人员和技术人员现场总结出的“顶网法”,单独采用或与其他方法配合使用时,产生较好效果。冒顶后,松散煤体堆满架下空间,片帮冒顶的深度不明,并且顶煤非常破碎,颗粒较小时,先用金属网挂在前梁上,然后用金属钢梁或木梁配合单体顶向煤帮,阻力大时,可先用锹掏梁前的煤边顶;金属网不够长时,可适当再加一遍网;见到煤帮后,在顶梁下支设单体支撑。个别较深处,在钢梁上方打撞楔。控制煤帮不漏后,启动输送机将冒顶煤运走。自上而下对所顶的钢梁进行加强支护,并对煤帮进行维护。此方法在3#煤层过地质构造带软煤区时,发挥了很好的作用。

片帮冒顶后还有一种情况就是出现了空顶,如果片面强调接顶,将可能耽误时机,反而于顶板控制不利。空顶并不是顶板已稳定,而是暂时的、相对的。根据现场实际,此时要立即进行处理,不能耽误时间,否则要引发更大的片帮冒顶。可采用铺顶网,架走向抬棚的方法,封闭空顶区,并对煤壁进行支护。当然这是相当危险的情况,要用经验丰富的职工观察顶板、煤壁,清理好安全通道。抬棚支设必须有一定的支护强度,防止顶煤再次垮落后冲击而倒棚。

3.2预防

从前文分析可看出,综放工作面的顶板控制有其自身特点,顶板失控后,影响很大,即使采取措施处理,也已造成人力、物力浪费,甚至出现安全事故,因此,预防更为重要。

首先,对采用综放技术开采的煤层要进行地质预测,必须从开采设计上就采取预防措施,避免给回采埋下隐患。工作面布置及设备选型必须考虑克服煤体破碎,利于控制顶板,一般不适宜布置仰采,支架应尽可能实现对架前顶煤全封闭。其次,开采后遇破碎煤体、构造软煤区,必须从人员操作上制定科学、合理的措施并贯彻执行,减少人为造成片帮冒顶。理想的方法应该是对煤体进行固化,如注化学药剂等。现场试验了注水方法,即对工作面煤壁沿走向布置注水孔,用动压或静压注水。我们分析认为,注水后,使煤体内应力分布发生了变化,一定程度上增加了煤体粘结性,也可能改变了其他物理特性,但注水到底对预防片帮冒顶是如何产生作用的,还待进一步观测和研究。另外也可采用“提前开帮”法,人工用手镐或风镐在煤壁掏梁窝,架设走向棚,对架前及煤帮进行维护,防止割煤移架时,发生片帮冒顶。

  • 同类技术