1、第 100 页 共 115 页 专专 题题 部部 分分 综采工作面复合顶板控制技术综采工作面复合顶板控制技术第 102 页 共 115 页 综采工作面复合顶板控制技术 摘要：摘要：为解决特殊地质条件下综采工作面顶板大面积垮落、过空巷及薄基岩巷道支护困难、末采期间冒顶事故多发、回采期间空顶距离长等顶板控制难题,在综采工作面采取初采期间超深孔爆破强制放顶技术、准确判断顶板初次来压技术、过空巷顶板控制技术、过薄基岩顶板控制技术、末采顶板控制技术、回采期间架后悬顶处理技术等措施,有效控制了顶板事故的发生。关键词：关键词：综采工作面；特殊地质条件;顶板控制;围岩稳定性;深孔爆破 Composite ro
2、of control technology in fully mechanized coal mining face Abstract:In order to solve frequently roof accidents occurred of the fully mechanized coal mining face under the special geological condi-tion，for example，the large area roof falling occurred during the fully mechanized coal mining period，di
3、fficult support when the coal mining face passing through the abandoned gateway and the thin base rock gateway，many roof falling accidents occurred at the terminal mining period and the long distance of no support roof during the coal mining period，a blasting forced roof falling technology with ultr
4、a deep boreholes at the initial mining period，accurately judge initial roof strata weighting technology，roof control technology of the coal mining face passing through abandoned gateway，roof control technology of the coal mining face passing through thin base rock，roof control technology of the term
5、inal coal mining face，beyond powered support suspen-ded roof control technology during the mining period and other technologies were applied to control the roof accidents The site application results showed that roof accidents were effectively controlled by above measures taken Keyword:special geolo
6、gical conditions;roof control;surrounding rock stability;blasting with deep borehole 第 103 页 共 115 页 引言引言 顶板灾害是煤矿五大灾害之一，近几年我国煤矿安全生产形势虽然大有好转，但煤矿安全事故仍然时有发生。据统计，20032012 年，我国煤矿年均顶板事故起数占煤矿事故年均总量的 51.4%，顶板事故年均死亡人数占煤矿事故年均死亡人数总量的 36.5%。无论是事故起数还是死亡人数，顶板事故仍居我国煤矿各类事故之首。其中综采工作面顶板事故也较为常见，如综采工作面大面积冒顶、初次来压产生飓风伤人等
7、事故。综采工作面顶板事故依然严重影响着煤矿的安全生产，因此，研究煤矿综采工作面顶板控制技术具有重要意义。1 研究现状 我们一般把由泥岩、页岩、粉砂岩及煤等煤岩互层组成的煤层顶板称为复合顶板。复合顶板层理、节理、裂隙发育,易离层,抗弯能力差,性脆易冒,极难管理。如果管理不当,综采工作面会经常发生架前冒顶事故,严重影响和制约综采高产高效优势的发挥。冒落范围超过工作面长度的一半。由于工作面的大面积冒落,致使工作面冒落段的高度达 4 m 以上,造成支架接不住顶板,失去应有的支撑,给安全生产带来很大隐患。同时,由于大量矸石进入工作面,对煤炭质量的影响也非常大。出现这种情况后,工作面再也无法继续回采。后来
8、采用支架降架后,在支架上方用木料护顶的方法进行了处理。结果是不仅影响了生产的正常进行,也浪费了大量木料。为了根治冒顶,我们进行了认真分析,认为造成冒顶的客观原因是煤层上方存在一层复合破碎顶板。这一层顶板强度较低且层理裂隙发育,再加上工作面前方煤层裂隙发育且受到支承压力的影响,所用支架既无伸缩梁又无护帮板,造成片帮严重,支架前方出现空顶且不能及时支护,在很短的时间内,就能使顶板自动脱落。针对工作面这一问题,在生产中,我们不断地总结经验,采取了一些措施,使复合破碎顶板基本得到了控制。第 104 页 共 115 页 2 复合破碎顶板控制工艺分析(1)及时支护。采煤机割煤后先移支架,后移输送机,为此,
9、支架前柱与输送机的电缆槽托架间要预留一次截深距。移架后护帮装置及时支护,防止煤壁片帮。有伸缩梁的支架,要及时伸出伸缩梁,防止冒顶。(2)超前支护。如果采用正常的移架方法无法控制破碎顶板或煤壁片帮比较严重时,可采取超前采煤机进行移架,使支架顶梁顶住煤壁,防止顶板暴露出来而得以提前支护。(3)带压擦顶移架。移架时让支柱仍保持一定的工作阻力,使顶梁贴着顶板擦顶前移,一定程度上可以减轻移架时顶板岩层的活动,减少由于移架而造成的顶板破坏。(4)铺金属网。在支架顶梁上铺金属网,这是控制破碎顶板的有效办法。当煤壁前控顶范围内的顶板破碎时,为保证支架顺利前移,顶网能顺利展开,也可在金属网下架走向梁,由走向梁预
10、先托住顶板,让支架在走向梁及金属网的掩护下前移。(5)架走向梁。在煤壁靠顶板处掘一梁窝,将走向梁的一端架在煤壁上,另一端架在支架的顶梁上。如果煤壁容易片帮,则煤壁上不适宜或不能掘梁窝,这时可靠近煤壁侧打一临时贴帮柱(图 1)图 1 架走向棚支护示意(6)局部冒顶的处理。复合顶板很容易发生局部冒顶。如果直接顶沿煤帮冒落,而且冒落区矸石沿煤帮继续下流,用探板支护有困难时,则可采用打撞楔的办法处理。木楔的前端要削尖,长度要一样。打撞楔前,先在冒顶处架设顺山棚,把木楔放在棚梁上,其尖端指向顶板垮落处的煤帮,末端垫一方木块,用大锤打入冒顶处托住岩石,使其不再继续垮落。移支架时,使支架前梁托住顺山棚梁,即
11、可撤去棚腿。第 105 页 共 115 页 3 综采工作面初采期间顶板控制技术 综采工作面初采期间，基本顶初次来压步距大，如果遇到坚硬顶板，冒落的直接顶不能充满支架后部的空间 有时甚至会形成长距离的悬顶。当基本顶初次来压时，顶板将大面积垮落，不仅支架工作阻力急剧增加，而且有形成飓风伤人的重大安全隐患 4。解决这一难题的关键技术是采用超深孔爆破强制放顶技术，促使基本顶加速破断。3.1 超深孔爆破强制放顶技术 超深孔爆破强制放顶技术经过在大柳塔煤矿 10 多年来的不断改进、提升和完善，应用效果很好，并在神东矿区得到推广应用5 6。该技术的核心是 长短炮眼搭配分组布置、增设加强眼和采用 PVC 管
12、装药新工艺1。1)长短炮眼搭配分组布置。以活鸡兔煤矿 12312 工作面强制放顶为例，对炮眼布置进行说明。炮眼仰角设计为 30，炮眼布置采用长短炮眼搭配分组呈“一”字形的布置方式，每组内设 3 个炮眼，炮眼间距 7 10 m。各炮眼的水平投影均在同一直线上，炮眼中心线距开切眼中心线 1 m，根据 12312 工作面顶板关键层位置，确定每组 3 个炮眼长度分别为 32、28 和 24 m。2)增设加强眼，确保放顶效果。在厚度大、完整性好、比较坚硬的顶板条件下，需要在上述炮眼布置的基础上每隔 1 组增设 1 个加强眼，以确保顶板的爆破效果，加强眼与每组炮眼中的最长炮眼的技术参数相同，将单孔变为双孔
13、，孔间距 1 m，加强眼一般布置在开切眼两端和中部7 8。3)采用 PVC 管装药新工艺。PVC 管制作工艺:将 75 mmPVC 管截深 2 m 长，并在管子一端用 PVC 胶粘上管接头。将每孔装药所需的所有 PVC 管摆成一条直线，然后向 PVC 管内穿入导爆索，导爆索保留外露长度。将已穿好导爆索的每组管子顺序折叠并捆绑起来，用封口纸卷堵塞管子的一端。再将 PVC 管竖起来，把有封口纸卷堵住的一端朝下，向管内装药，每米 PVC 管装药 3.6 kg，装药系数为 0.7，装满后用封口纸卷封住。炮眼装药工艺:往炮眼内装药时，将制作好的 PVC 炸药管 PVC 炮泥管用工程车运到井下放炮地点，然
14、后人工将其按顺 序对接起来装入炮眼内，最后进行封孔。PVC管装药工艺如图 1 所示。综采工作面初采采用超深孔爆破强制放顶技术后，顶板得到充分破坏，取得了良好的放顶效果，消除了初采期间大面积悬顶产生飓风 伤人的安全隐患。第 106 页 共 115 页 图 1 强制放顶炮眼的 PVC 管装药新工艺示意 3.2 综采工作面初采期间顶板管理技术措施 综采工作面采取超深孔爆破强制放顶后，仍然需要严格落实各项顶板控制措施，以确保初采期间的作业安全。主要采取的措施如下:工作面巷道煤体上提前用喷漆标明推进距离，以便准确预测初次来压。初次来压前，工作面巷道内暂时不要悬挂太多的标识牌板，以防止初次来压时产生的飓风
15、使牌板乱飞伤人。初次来压前工作面巷道联络巷暂不施工密闭墙，增加顶板垮落时的飓风排散通道降低工作面飓风强度。初次来压前，工作面附近，的其他工程都暂停作业，减少作业人员。3.3 准确判断综采工作面初次来压 准确判断初次来压是消除综采工作面初采阶段顶板大面积垮落的飓风安全隐患的关键，判断初次来压的标准有 2 个：通过工作面矿压显现(如架前漏矸、工作面煤壁片帮、支架压力急剧升高、安全阀泄液等)，判断工作面初次来压。通过地表是否产生明显塌陷裂缝判断。以上 2 个标准必须同时具备，才能断定综采工作面初次来压是否已经发生，以及初次来压飓风伤人的安全隐患是否已经消除。3.4 综采工作面过空巷顶板控制技术 综采
16、工作面过空巷时，支架顶梁前端的顶板悬露面积大，梁端距的增大不仅增大了支架的压力，而且增加了架前冒顶的隐患，如果遇到周期来压，容易发生大面积冒顶。因此，新掘空巷在设计之初就需要考虑顶板控制的因素;如果过与工作面平行的旧空巷，须采取多种措施，确保安全顺利通过。3.4.1 优化新掘空巷设计 1)在进行探巷或腰巷(统称为空巷)掘进设计时，设计其与工作面巷道成 60 夹角，如图 2 所示。空巷宽度按 4.5 m 计算，沿工作面长度方向揭露空巷距离只有 9 m，这样就大幅缩小了过空巷期间顶板的悬露面积，减小了顶板控制难度。图 2 新掘空巷与工作面对应位置平面示意 第 107 页 共 115 页 2)尽量减小空巷的断面尺寸，并加强支护。一般情况下巷道高度满足使用要求即可(约 3 m)，宽度控制在 4.5 m 以下，并加强支护。3)空巷掘进时少留顶煤多留底煤，回采时快速推进。掘进空巷时留设 300 500 mm 顶煤，剩余煤全留在底板。过空巷时工作面沿着空巷顶板推进，不破坏顶板支护，底板由采煤机自行正常割底，确保良好的底板条件，从而保证快速通过空巷。3.5 综采工作面平行的旧空巷技术措施 通过与工作面
