袁文杰 張金常

山東能源龍口礦業(yè)集團北皂礦，山東龍口265700

摘要 本文介紹了北皂礦三軟地層條件下回采工作面端頭支護型式和支護效果，工作面狀態(tài)控制及出現(xiàn)異常情況的措施。

關(guān)鍵詞 三軟地層；端頭支護；工作面狀態(tài)

中圖分類號TD3 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）61-0024-02

1概述

北皂井田含煤地層屬下第三系全隱覆式煤田，上覆巖層為上第三系和第四系，與含煤地層呈不整合接觸；煤田含煤四層，煤2、煤4、煤1與油頁巖為主采煤層，煤層傾角一般5~10，煤2平均厚度4.3m，煤4平均8.12m，煤1平均厚度0.87m與下部伴生油2平均厚度3.76m混合開采，主要用于煉油；煤層頂、底板主要由泥巖、含油泥巖、砂巖、炭質(zhì)頁巖、含油泥巖組成，煤層的單向抗壓強度5MPa~17MPa，普氏硬度系數(shù)f<1.5，頂、底板巖層抗壓強度2.29MPa~8.0MPa，普氏硬度系數(shù)f=0.3-1.2，具有硬度小，遇水軟化、膨脹的特點，屬典型的“三軟”地層。

目前礦陸地煤2、煤4開采已近結(jié)束，主要進行海域煤2和煤1油頁巖的開采，受頂?shù)装鍡l件的影響，工作面回采過程中端頭支護和工作面狀態(tài)的控制一直是生產(chǎn)技術(shù)管理的難點，回采過程中常出現(xiàn)端頭底鼓、兩幫內(nèi)收、頂板下沉巷道嚴重變形的情況，不能滿足基本的設(shè)備運行和作業(yè)空間。

該文根據(jù)各煤層回采的特點對端頭支護型式和支護效果進行分析，并對生產(chǎn)過程中端頭支護及工作面狀態(tài)的控制存在的問題提出解決方案。

2 端頭支護型式研究

北皂井田全區(qū)內(nèi)巖層為不穩(wěn)定巖層，煤層上方直接頂與老頂之間無明顯的界限，回采巷道支護的考驗主要來自工作面采動壓力影響，端頭支護的選擇包含，巷道支護、超前支護和回采工作面端頭支護。

2.1 煤2回采工作面端頭支護

以2416工作面為例：

1）巷道支護

兩巷均沿煤2頂板送巷，材料巷采用錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護，運輸巷采用U25型鋼棚噴漿支護，回采前礦壓設(shè)點觀測，材料巷頂?shù)装逡平?00mm~460mm，運輸巷為80mm~420mm。

2）超前支護

超前支護長度的確定是端頭支護效果的直接體現(xiàn)，長度過短巷道支護結(jié)構(gòu)破壞，長度過長造成投入過大；根據(jù)煤2回采的頂板運動規(guī)律，超前支護長度一般為工作面面長的0.6~0.8倍，運輸巷超前支護長度大于材料巷，采用單體柱、Π鋼、鐵鞋支護，木垛剎頂。

3）端頭支護

材料巷采用四對長Π鋼配合單體柱跨步支護。運輸巷采用 ZT7200/18/30端頭支架組配合單體支柱、Π鋼支護。

4）支護效果

巷道支護基本滿足回采需求，但在受斷層等地質(zhì)構(gòu)造影響段，變形較快，需進行二次返修。

超前支護在回采過程中，變形主要表現(xiàn)為底鼓、巷道兩底角內(nèi)收，單體支柱有鉆底及彎折現(xiàn)象；補充支護為局部鋪設(shè)木底梁、補打護幫錨桿。

端頭支護基本滿足生產(chǎn)需要，主要問題表現(xiàn)在材料巷側(cè)工作量較大，運輸巷側(cè)常出現(xiàn)支架鉆底現(xiàn)象。

2.2 煤4回采工作面端頭支護

以4401工作面為例：

1）巷道支護

兩巷均沿煤4底板上2m送巷，材料巷采用錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護，運輸巷采用錨網(wǎng)噴套支U29型鋼棚聯(lián)合支護，回采前礦壓設(shè)點觀測，材料巷頂?shù)装逡平?0mm~240mm，運輸巷為120mm~480mm。

2）超前支護

超前支護長度一般為工作面面長的0.8~1.2倍，運輸巷超前支護長度大于材料巷，采用單體柱、Π鋼、鐵鞋支護，木垛剎頂。

3）端頭支護

材料巷采用四對長Π鋼配合單體柱跨步支護。運輸巷采用 ZFH19200/19/30型端頭支架組配合單體支柱、Π鋼支護。

4）支護效果

巷道支護相對穩(wěn)定，但在受斷層等地質(zhì)構(gòu)造影響段，錨桿支護效果不明顯，需套支U型鋼棚加強支護。

超前支護段變形主要表現(xiàn)為底鼓、頂板下沉；補充支護為在超前工作面30m~40m段返鋪木底梁、加大單體柱支護密度。

材料巷端頭支護基本滿足生產(chǎn)需要，運輸巷側(cè)受支護空間影響端頭支架常出現(xiàn)立柱下縮較快、擠架咬架等問題，過程中采取在端頭架前二次返修，釋放壓力，采用單體柱、Π鋼配合錨桿簡易過渡支護，推進速度相對較慢，是制約生產(chǎn)的主要因素。

2.3油頁巖回采工作面端頭支護

以1301工作面為例：

1）巷道支護

兩巷均沿煤1頂板送巷，材料巷工字鋼棚噴支護，運輸巷采用錨噴梯形斷面支護，回采前礦壓設(shè)點觀測，材料巷頂?shù)装逡平?0mm~110mm，運輸巷為40mm~170mm。

2）超前支護

超前支護長度一般為工作面面長的0.3~0.6倍，采用單體柱、Π鋼、鐵鞋支護，木垛剎頂。

3）端頭支護

材料巷采用自制簡易端頭支架配合單體柱、Π鋼支護。運輸巷采用ZFH19200/19/30型端頭支架組配合單體支柱、Π鋼支護。

4）支護效果

油頁巖是一種伴生礦產(chǎn)，隨著油頁巖煉油技術(shù)的逐漸成熟，成為一種可靠的能源，龍口礦區(qū)油頁巖處于含煤地層的上部，由于先期進行了煤2和煤4的開采，大部分處于反采狀態(tài)，回采范圍內(nèi)大部分經(jīng)歷了兩次沉降；從巷道支護效果上看，采用的相對簡單的支護型式能夠滿足需求，這也為軟巖錯層開采頂、底板礦壓顯現(xiàn)與控制提供了較好的例證。

超前支護段相對穩(wěn)定，主要是頂板變化，管理過程中根據(jù)巷道變化加大單體柱支護密度。

端頭支護基本滿足生產(chǎn)需要，主要問題突出表現(xiàn)在后排垮落不及時帶來的端頭周期性壓力增大和防突問題，采用在切頂線封堵和補支單體支柱加強支護。

2.4 海域煤2回采工作面端頭支護

以H2103工作面為例，海域施工支護問題一直是難點，既要滿足回采端頭支護需求，又要有效降低成本，對于巷道的支護還處于不斷探索總結(jié)的過程中。

1）巷道支護

回采巷道支護主要是滿足回采端頭支護的需要，在海域施工中由于地質(zhì)資料不清，礦山壓力顯現(xiàn)無明顯規(guī)律，往往巷道支護在到達工作面回采動壓影響范圍以外就出現(xiàn)嚴重的變化，突出變現(xiàn)在鋼體變形扭曲，底梁鼓起斷裂，很難保證回采空間需求，實踐中不斷總結(jié)、實驗，形成較為穩(wěn)定的支護，兩巷均沿煤2頂板下1m送巷，材料巷主要采取9.93m2U36封棚澆支護，輔以φ4.0m U36棚澆支護，運輸巷采取11.36m2U36棚澆支護，輔以φ4.5m U36棚澆支護，回采前礦壓設(shè)點觀測，材料巷頂?shù)装逡平?40mm~470mm，運輸巷為160mm~620mm，從礦壓觀測情況可知巷道收縮變形量和支護斷面有一定的關(guān)系。

2）超前支護

超前支護長度一般為工作面面長的0.8~1.6倍，采用單體柱、Π鋼、鐵鞋支護，輔以木（工字鋼）底梁，木垛剎頂。

3）端頭支護

材料巷采用ZTZ10000/17/26型端頭支架組（一組兩架）配合單體支柱、Π鋼支護；運輸巷采用 ZFH19200/19/30型端頭支架組（一組兩架）配合單體支柱、Π鋼支護

4）支護效果

巷道支護相對穩(wěn)定，但到達工作面超前動壓劇烈影響段前，不能滿足回采空間需求，尤其是運輸巷到達端頭時，需進行二次返修，受空間及時間限制只能采用過渡支護，遇停面等其它影響，會導(dǎo)致生產(chǎn)被動，曾一度出現(xiàn)端頭“壓死”現(xiàn)象。

經(jīng)反復(fù)實踐，采取在超前動壓劇烈影響段前進行二次返修，采用原巷支護型式，輔以單體柱、Π鋼加強支護，巷道實際收縮量降低40%~60%，基本滿足端頭支護需要，但成本相應(yīng)增加。

2.5 特殊情況下端頭支護

工作面回采過程中由于煤層傾角變化及回采影響，在端頭支架及工作面支架間會出現(xiàn)無支護的空間，俗稱“架窩”，對這種情況下的支護一般采用單體支柱配合Π鋼進行支護，對頂板的維護及控制上存在較大的隱患，結(jié)合現(xiàn)場采取以下措施。

1）在可預(yù)知的工作面長度增加的情況下，在回采工作面前方預(yù)設(shè)支架，與工作面支架對接；

2）材料巷側(cè)采用簡易的滑移支架輔以單體支柱維護頂板；

3）調(diào)整工作面狀態(tài)，盡量減少運輸巷側(cè)架窩空頂范圍。

3 三軟地層工作面狀態(tài)保持

三軟地層中工作面狀態(tài)保持和端頭支護有直接的關(guān)系，工作面狀態(tài)控制不好出現(xiàn)刮板輸送機上下竄動、支架歪斜等情況，受支護空間的限制會直接影響端頭的作業(yè)，控制工作面的狀態(tài)重點是控制工作面支架、刮板輸送機的竄動

3.1 工作面狀態(tài)的觀測方法

緩傾斜煤層中工作面刮板輸送機竄動初期極緩慢，一旦出現(xiàn)移動，受慣性的影響很難在短時間內(nèi)控制住竄動的勢頭，必須提前觀測到刮板機的動態(tài)；采用導(dǎo)向觀測法控制刮板機的動態(tài)，即在運輸巷提前標定中線，以刮板輸送機機頭大軸中心線為參照點，利用激光束過程中隨時監(jiān)控，一般工作面在正常狀態(tài)下，錯距達到50mm，即開始采取措施。

3.2 正常情況下控制措施

采取調(diào)整工作面?zhèn)蝺A角的方法，即通過控制兩巷進度的辦法調(diào)整工作面傾角，調(diào)整的時間、頻率依據(jù)觀測確定，一般根據(jù)回采前方變化提前進行，達到平衡點時恢復(fù)正常生產(chǎn)。

3.3 工作面出現(xiàn)刮板輸送機上竄、下跳，支架歪斜等的調(diào)整措施

1）利用采煤機和刮板輸送機相互作用，采用單向割煤法控制竄動，機組向竄動的反方向單向割煤，另一方向跑空刀；

2）利用支架與刮板輸送機相互作用，采用在支架底座上安裝千斤頂用錨鏈刮板輸送機連接，推移刮板輸送機后拉緊錨鏈，綜采放頂煤工作面的后部刮板輸送機采用同樣方法控制；

3）上、下竄動幅度過大影響正常生產(chǎn)時，只能采取延、縮刮板輸送機溜槽的辦法；

4）支架的控制利用相鄰支架的相互作用，采用隔2~3部支架間安設(shè)底座千斤頂方法控制；

5）對兩端頭過渡支架與端頭間架窩，原則上以控制運輸巷側(cè)架窩為主，便于在材料巷側(cè)采取支護措施。

4 結(jié)論

三軟地層中端頭支護控制包含巷道支護、超前支護、端頭支架和工作面狀態(tài)控制，之間相互聯(lián)系、相互作用，為工作面安全高效開采提供保障。

1）三軟地層中回采巷道支護型式的確定，以工作回采過程中端頭支護的的基本要求為基礎(chǔ)，結(jié)合頂?shù)装鍘r性及生產(chǎn)過程中礦壓顯現(xiàn)特點確定；受構(gòu)造及老巷道等影響需有加強支護措施，同時要考慮支護成本；

2）超前支護的長度、支護型式的確定，以現(xiàn)場觀測的礦壓顯現(xiàn)高應(yīng)力區(qū)范圍作為支護長度的基礎(chǔ)，支護強度的控制要結(jié)合不同的頂?shù)装鍘r性和工作面壓力顯現(xiàn)峰值確定，在現(xiàn)有支護型式下通過縮小支護棚距，增加單體支柱個數(shù)提高支護強度，巷道變形較劇烈是必須補充護幫錨桿及進行返修，返修的起點控制在采動壓力峰值區(qū)以外較好，滿足端頭支護的需要；

3）端頭支護以采用端頭支架組為好，端頭支架的參數(shù)在工作面支架設(shè)計時應(yīng)結(jié)合煤層頂?shù)装鍘r性確定，將支架對底板比壓作為重要參考依據(jù)；

4）端頭架窩的支護是較薄弱的環(huán)節(jié)，結(jié)合采場情況使用滑移支架，更有利于頂板的維護和支護強度保證；

5）導(dǎo)向監(jiān)測法監(jiān)測工作面狀態(tài)，能較及時的發(fā)現(xiàn)工作面動態(tài)；調(diào)整偽傾角法控制工作面狀態(tài)，在三軟地層緩傾斜煤層中能較好的控制工作面狀態(tài)。

參考文獻

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