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末采工作面顶板支护技术革新与应用

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  摘 要:基于柳湾煤矿综采工作面在设备的拆除过程中,针对受到顶板压力大破碎等特殊情况的制约,充分考虑拆除期间顶板管理。为了解决61114工作面末采期间顶板维护管理的难题,参考其他矿的支护方式并结合我矿多年经验,对工作面顶板支护形式进行了优化,现场实践表明,对今后柳湾煤矿综采工作面末采及回收期间的顶板管理具有深远的影响。
  关键词:末采工作面;顶板支护技术;研究
  0 前言
  采煤工作面的末采工作,讲究安全高效且便于支架的拆除回收,本文针对柳湾煤矿回采工作面末采做了研究,确保了安全高效的末采。
  1 工作面基本情况
  61114工作面所采煤层为太原组11#煤,煤层平均厚度为5.4m,煤层倾角0°~7°,平均4°左右。10#煤与11#煤层间距为3.15m,直接顶为3.15m厚的黑灰色泥岩,抗压强度38.9MPa,10#煤平均厚度1.63m,直接顶为2.19m厚的黑灰色泥巖,抗压强度38.9MPa,9#煤平均厚度1.53m,基本顶为5.6m厚的黑灰色K2石灰岩,抗压强度94MPa。基本底为4m厚的深灰色泥岩,含铝质遇水变软膨胀,抗压强度14.7MPa。
  61114工作面开采工艺为倾斜长壁综合机械化放顶煤采煤法。顶板管理采用全部垮落法。工作面的顺槽长1989m,工作面采长200m,放煤采用多口单轮顺序均匀放煤。采高2.6m,放煤高度2.8m。工作面上方9#、10#煤已被小窑严重破坏,无法开采,回采过程中工作面频繁进出小窑破坏区,顶板破碎情况明显。为了解决上述难题,我们在末采期间,参考同类条件工作面,优化支护参数,解决上述问题。
  2 综采工作面原支护方式和存在的问题
  2.1 原支护方式
  原回采工作面末采中,支护形式具体为:工作面推进到距停采线2.7m时,把液压支架与运输机的连接销摘开,只移溜不拉架割最后四刀煤。第一刀割煤后在液压支架顶梁上方插入π梁。π梁沿走向方向放置,每一个支架插两根,互相平行,间距0.75m。π梁垂直于煤壁,梁头距煤壁0.3m。第二刀、第三刀割煤后把支架上方的π梁每刀拔出0.6m。第四刀割煤后把π梁拔出使梁头顶住煤壁,并及时在π梁的靠煤壁梁头下支设一根单体液压支柱。确保支护后的回架通道高度自底板至支架护帮板油缸下不低于2.6m,宽度自煤帮至支架伸缩梁端头(收回时)不少于2.4m。
  2.2 采用上述施工方法,主要存在问题
  ①依靠穿π梁法支护顶板,顶板为被动支护,受支护材料强度的局限,容易造成漏顶,掩埋支架;②人员在支架上方空顶作业,遇有顶板隐患时,容易被煤矸压伤;③长期反复作业,顶板的松动圈发生了离层,给顶板的维护带来了困难;④人员的操作复杂,安全措施针对性不强,给现场带来了隐患。
  3 优化后的支护方式
  参考经验优化后61114工作面末采中,顶板支护形式具体为:工作面距停采线还有2.7m时,割煤时只移溜不拉架,采用锚—网—W钢带联合支护,锚索补强支护,工作面割煤循环进度为600mm,每割20~50m后(根据现场顶板情况而定),停机停溜,开始平行工作面支护。锚杆支护采用Φ20mm×2.2m的左旋无纵筋螺纹钢锚杆,配套一支MSCK2355(超快)和一支MSK2355(快速)型锚固剂,配合眼径24mm的高强直眼托饼,压3200mm×280mm×3mm的W钢带贴顶板支护顶板,锚杆预紧扭矩不小于190牛﹡m。工作面每推进一个循环,进行一排锚杆支护。锚杆间排距为1.0m×0.6m。施工完毕后方可进行下一循环。锚杆共计施工5排。
  当工作面局部顶板破碎或压力较大无法正常施工锚杆时,可先在支架顶梁上方架设π型梁后在支架中间施工锚杆,托饼压规格为400mm×280mm×3mm金属托板贴金属网支护顶板,锚杆预紧扭矩不小于190牛*m。工作面每推进一个循环,进行一排锚杆支护。锚杆间距为1.5m,排距为0.6m,五花布置。
  锚索支护采用Φ17.8mm×6.3m的钢绞线,托板为300mm×300mm×16mm的钢板,及相配套的锚具,锚索预紧力不低于140kN。锚索施工在第二排与第三排锚杆之间及第四排与第五排锚杆之间,锚索间距4.5m,排距1.2m,三花布置。确保支护后的回架通道高度自底板至支架护帮板油缸下不低于2.6m,宽度自煤帮至支架伸缩梁端头(收回时)不少于2.4m。
  4 经济效益分析
  ①实现了工作面安全高效。顶板支护由之前的被动支护变为主动支护,增加了顶板支护安全指数,减少了材料消耗,节约生产;②提高工作效率,缩短末采、回收周期时间。参照以为类似工作面回收支架,需15天时间,本次改进支护工艺后,回收支架只用了10天时间,明显缩短工期,提高效率;③支护效果好,增加了拆架通道利用率,减少了起底工作量,提高工人劳动积极性;④便于施工操作,确保 了安全性,为日后同类巷道的施工具有较好的参考价值。
  5 应用效果及推广前景
  ①通过本次末采顶板支护技术革新,顶板支护由之前的被动支护变为主动支护,增加了顶板支护安全指数,既满足了回收需要,又消除了顶板隐患,保证职工安全,为安全末采及回收创造了条件;②此种支护方式简单,速度快,参照以为类似工作面回收支架,需15天时间,本次改进支护工艺后,回收支架只用了10天时间,明显缩短工期,提高效率。
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