郭正文
【摘 要】依據綜采工作面開采地質及技術條件,結合以往開采經驗及現(xiàn)場實測的基礎上,分析了工作面在推進速度與前方煤體受應力分布關系。實際生產過程中,適當加快工作面推進速度,減少在同一位置的滯留時間,控制應力超前;有利于保持工作面的穩(wěn)定性,保證安全生產具有重要意義。
【關鍵詞】綜采工作面;推進速度;超前應力;控制
0 引言
隨著現(xiàn)代采煤技術的不斷發(fā)展,綜合機械化采煤不斷應用于生產中,但在實際生產過程中,工作面推進速度得不到有效控制,導致工作面周期來壓及應力超前,從而發(fā)生片幫冒頂事故,這不僅使工作面經常處于半停產狀態(tài),而且造成機械設備的損壞,采煤機開機率下降,綜采工作面產量和效益大大降低,同時對人身安全造成嚴重威脅。通過對綜采工作面發(fā)生片幫冒頂?shù)臋C理及特點進行分析,就綜采工作面如何控制推進速度與超前應力關系,提出有利的控制措施。
1 工作面概況
該3603二段工作面位于叢林向斜軸部西翼,其左側與3601采區(qū)采空區(qū)相鄰;上、下及右側均為原生煤體,其走向長度755m,傾斜長165m,距地表垂深530~580m。處于單斜構造區(qū)域,區(qū)域內主要以小斷層及褶曲構造為主;煤層的厚度變化范圍為1.0~2.5m,平均1.6m,可采煤層為K1(6#)煤層。工作面初次來壓步距為10~25m,周期來壓步距為12~21m,直接頂為炭質頁巖,基本頂為砂巖。該工作面采用單一走向長壁綜合機械化采煤工藝,全部垮落法管理頂板, MG2×160/740-WD1型雙滾筒采煤機雙向往返割煤,ZY3300/12/30型支架支護頂板,最大、最小控頂距分別為5.8m和5.2m,移架步距為0.6m。工作面機巷采用單體液壓支柱配合1200mm鉸接梁,一梁一柱超前托梁支護,工作面風巷采用單體液壓支柱配合800mm鉸接梁,一梁一柱超前托梁支護,梁與梁間鉸接;兩巷超前支護距離雙排不少于20m;工作面上端頭采用800mm鉸接頂梁配單體液壓支柱,一梁一柱支護頂板,柱距700mm,排距800mm;下端頭采用用單體液壓支柱配合1200mm鉸接梁進行支護,排距800mm,和單體支柱配合3.6mπ梁,一梁四柱,錯梁齊柱并棚支護,錯距600mm~1200mm,并棚柱距200mm,棚距鉸梁對鉸梁1100mm。
2 現(xiàn)場實測方案
采用工作面頂板動態(tài)監(jiān)測以及工作面機巷、風巷頂板變化情況測試方案。
如圖1所示,工作面安設5條測線,1號測線和5號測線距離工作面機巷和風巷各20m左右,其余測線均勻布置在工作面中部。工作面機巷和風巷間距5m各布置2條巷道頂板移近量測站;巷道內各測站隨工作面推進不斷報廢而循環(huán)布置,保證各測站數(shù)量不變,直至觀測結束。
2.1 工作面頂板動態(tài)監(jiān)測
為獲得綜采工作面在回采期間的應力分布情況和變化規(guī)律,工作面設5條測線,1、 5號測線各布置3架,每隔3架支架監(jiān)測1架,其余測線各布置2架,每隔3架支架監(jiān)測1架,分別對工作面12架支架進行監(jiān)測。分別在回采過程中推進速度快時為3.6m/d,和推進速度慢時的0.3m/d兩個階段,每次移架后觀測初撐力及移架前觀測工作阻力值。
通過對工作面慢速、快速推進時支架載荷的觀測,2.14-2.29日工作面停滯期間,煤壁片幫較為嚴重,壓力表觀測數(shù)據有持續(xù)增大趨勢;2.14日工作面推溜移架過程中,支架壓力有較大變化,最大值達到40MPa,工作面煤壁大面片幫,深度達6m,老頂巖石不斷發(fā)出沉悶的斷裂聲音,工作面大部分支架安全閥溢液,19-23架支架被壓死,并形成2-8m高冒區(qū),并伴隨有頂板淋水。隨著工作面的緩慢推進,頂板斷裂聲音增大,煤壁片幫、頂板垮冒更為嚴重。這說明工作面推進速度慢,支架長時間承載,工作面支架的阻力非常大,部分支架安全閥被迫開啟,安全閥沒有開啟的支架壓力遠大于額定工作阻力。12.6-12.15日工作面正常推進期間,頂板自然垮落,直接頂無明顯冒落,工作面無片幫現(xiàn)象,工作面支架初撐力28MPa,工作阻力3300kN,均達到支架額定初撐力及阻力。這說明工作面頂板運動不明顯,頂板運動對支架阻力的影響小。
2.2 工作面機、風巷頂板變化觀測
工作面機巷、風巷通過斷面收縮觀測站,觀測巷道圍巖變化狀況,并通過安設頂板離層儀觀測巷道頂板離層情況。隨著工作面的逐漸推進,每隔一天觀測一次,詳細觀測數(shù)據及巷道變形趨勢,見表2、表3、圖2、圖3。
以此看來,巷道頂?shù)装迮c兩幫移近量變化趨勢基本一致,即隨著工作面的推進,頂?shù)装迮c兩幫的移近量均在逐步增加,距離煤壁越近,增加越大,20m范圍內變形量較為明顯。
3 頂板控制措施
(1)工程技術人員要加強頂板壓力變化和來壓預兆分析,在頂板來壓時可以做到預先防范,加強支護,防止冒頂。
(2)要摸索和掌握來壓步距,在來壓前采取加強支護措施,在工作面回采時,盡量減少煤壁傘檐的長度和寬度,防止出現(xiàn)片幫導致頂板嚴重垮冒,造成事故。
(3)防止采高超過設計要求,預防支架初撐力達不到規(guī)定要求而接頂不嚴密,造成頂板離層,在動態(tài)應力影響下發(fā)生冒頂。
(4)當頂板及煤壁破碎時,減少采煤機的一次進刀量,以提高牽引速度,實行淺截快跑,縮短工作面生產的循環(huán)時間,從而減少機道頂板裸露的面積和時間,降低頂板下沉量,使頂板壓力顯現(xiàn)均衡,避免片幫冒頂。
4 結論
(1)通過現(xiàn)場實測及礦井以往超前支護經驗,我礦采煤工作面機、風巷超前支護距離20m能夠滿足支護要求。
(2)工作面在推進過程中,超前應力隨之變化;當工作面慢速推進或停滯時間較長時,超前應力峰值向工作面煤壁前方煤體移近,受超前應力影響,煤壁片幫和冒頂嚴重,阻礙工作面正常推進;當工作面過快推進時,超前應力峰值向工作面煤壁靠近,形成應力集中區(qū)域,容易引發(fā)煤與瓦斯等動力災害,誘發(fā)安全事故。
(3)結合現(xiàn)場實際,適當加快工作面推進速度,減少在同一位置的滯留時間,控制應力超前;有利于保持工作面的穩(wěn)定性,充分發(fā)揮安全高效生產。
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