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        煤礦綜采工作面頂板支護管理研究

        2020-11-05 09:51:46張中雨馮屯生
        山東煤炭科技 2020年10期
        關(guān)鍵詞:初撐力采場校驗

        張中雨 馮屯生

        (潞安集團余吾煤業(yè)有限責任公司,山西 長治 046100)

        頂板事故是嚴重威脅煤礦生產(chǎn)安全的重要問題之一。對于當前廣泛采用的工作面機械化綜采技術(shù),隨著工作面回采作業(yè)的不斷推進,工作面前方的頂板巖體逐漸出現(xiàn)懸伸、下沉、斷裂、塌落等現(xiàn)象,巖體結(jié)構(gòu)、應(yīng)力和平衡狀態(tài)在此過程中不斷發(fā)生變化。如果不及時對頂板進行合理、有效的支護,巖層的不穩(wěn)定狀態(tài)將對下方的采掘作業(yè)人員造成極大的安全隱患,甚至引發(fā)頂板事故。另一方面,為保證企業(yè)生產(chǎn)效率,避免因頂板嚴重變形造成的采掘工作推延或停滯,還應(yīng)做好頂板支護的管理工作,確保在整個回采過程中巷道的穩(wěn)定性和安全性,為回采作業(yè)創(chuàng)造良好條件。針對這一問題,本文將以小常礦3402 工作面為例,對其頂板支護和管理實踐進行研究,為相關(guān)應(yīng)對方案的制定提供參考[1-3]。

        1 工作面及頂板概況

        小常礦3402 工作面采用U 型布置,其中運輸順槽長度1360 m,回風順槽長度1360 m,工作面切眼162 m,煤層厚度6.88 m,容重1.38 t/m3,回收率為95%。

        如表1 所示,工作面直接頂以砂質(zhì)泥巖為主,厚度1.55 m,薄層狀,頁理發(fā)育。按頂板的堅硬程度、穩(wěn)定程度及對工作面礦壓影響程度分,直接頂為Ⅱ類中等穩(wěn)定頂板?;卷敒樯皫r,厚度為12.193 m,中厚層狀,均勻?qū)永?,屬Ⅱ級頂板,基本頂來壓明顯。

        表1 工作面圍巖巖性分析

        2 工作面支護相關(guān)計算

        當前綜采工作面的支護多采用液壓支架對頂板進行臨時支護。為保證形成有效支護,需對支護相關(guān)參數(shù)進行校驗計算[4-5]。

        2.1 礦壓參數(shù)計算

        (1)當煤層被開采后,直接頂呈懸臂梁狀態(tài),能懸露一定時間,隨著支架的前移,能夠順利垮落。根據(jù)已采周邊工作面情況,直接頂初次垮落步距約為30~40 m,垮落巖塊充填采空區(qū)高度小于煤層采高。當直接頂垮落后,基本頂懸露一定距離后呈周期性斷裂下沉,其作用力主要作用在前方煤壁上和采空區(qū)直接頂垮落巖石上,只有少部分作用力通過直接頂作用于支架上?;卷敵醮慰迓洳骄嗉s為60~80 m,周期來壓步距為20~30 m,周邊工作面回采期間采場最大壓強547 kN/m2。

        (2)液壓支架主要支撐直接頂自重。在周期來壓期間,基本頂?shù)牟糠肿饔昧νㄟ^直接頂作用于支架上,其合力一般按6~8 倍采高的頂板巖石重量計算。采場對支架的最大壓強計算如下:

        式中:n 為頂板重量系數(shù),一般取6~8,本次計算取n=8;r 為頂板巖石容重,取r=2500 kg/m3;g 為重力加速度,g=9.8 N/kg;H 為工作面采高,H=3.2 m。

        采場對支架最大壓強:

        P=627.2 kN/m2=0.627 2 MPa

        2.2 液壓支架支撐強度校驗

        根據(jù)工作面頂?shù)装鍘r性及煤層厚度、采高等條件,本工作面選用鄭州煤礦機械公司生產(chǎn)的放頂煤支架及其相配套的過渡支架。工作面分別布置ZFG6500/20/35 型過渡支架3 架,ZF5600/17/35D 型中間架104 架,ZFG6500/20/35 型過渡支架3 架,共計110 架。ZF5600/17/35D 型中間架的主要技術(shù)參數(shù)如表2 所示。

        表2 ZFG6500/20/35 液壓支架性能參數(shù)

        (1)支架工作阻力校驗

        采場頂板對單個支架的最大壓力F 計算如下:

        式中:P 為采場對支架的最大壓強,由式(1)得P=627.2 kN/m2;A 為支架中心距,A=1.5 m;L1為支架頂梁長,L1=2.9 m;L2為支架前梁長,L2=1.6 m。

        由上計算可得,采場頂板對單個支架的最大壓力F=4233.6 kN,小于液壓支架的支護工作阻力5600 kN,因此支架工作阻力滿足使用要求。

        (2)支架初撐力校驗

        按支架工作阻力的80%計算,支架需提供的初撐力應(yīng)大于0.8F=3 386.9 kN。由表2 可知支架的支護初撐力為5236 kN,大于3 386.9 kN,因此支架初撐力滿足要求。

        (3)支護強度校驗

        由以上計算可知,采場對支架的最大壓強P=0.627 2 MPa,然而表2 中該支架支護強度為0.74 MPa,大于采場對支架的最大壓強,因此支架的支護強度滿足要求。

        綜上可知,ZF5600/17/35D 型低位放頂煤液壓支架能滿足該工作面頂板支護要求。

        2.3 控頂距計算

        圖1 液壓支架控頂距

        隨著采煤工作面逐漸推進,液壓支架不斷前移,懸伸的頂板自行垮落,充填采空區(qū)。如圖1 所示,ZF5600/17/35D 型液壓支架的最大和最小控頂距計算如下:

        最大控頂距Lmax計算公式:

        式中:L3為支架端面距,L3=0.26 m;LD為采煤機的截割深度,LD=0.8 m。

        因此,最大控頂距Lmax=5.56 m。

        最小控頂距Lmin計算公式:

        因此,最小控頂距Lmin=4.76 m。

        項目4:經(jīng)濟活動財務(wù)管理內(nèi)部控制制度的構(gòu)建,通過對財務(wù)規(guī)章制度和管理細則的梳理,對國家、省相關(guān)的制度和要求進行全面的收集和整理,在財務(wù)信息系統(tǒng)中嵌入與內(nèi)控相關(guān)的各項法律法規(guī),建立財務(wù)法規(guī)制度庫。

        3 工作面液壓支架支護質(zhì)量要求

        為保證在回采過程中形成有效支護,根據(jù)綜采工作面情況,對液壓支架提出以下支護質(zhì)量要求:

        (1)現(xiàn)場檢測支架初撐力時,支架立柱柱底機械壓力表顯示數(shù)值應(yīng)不低于24 MPa,支架控制器數(shù)字顯示數(shù)值應(yīng)不低于240 bar。

        (2)支架頂梁與頂板平行支設(shè),接頂嚴密,最大仰俯角不超過±7°。當支架移成一條直線時,50 m 拉線其偏差不得超過±50 mm。

        (3)相鄰支架間不擠、不咬,架間間隙小于200 mm,不能有明顯錯差。

        (4)中間支架放煤口插板與后刮板輸送機溜槽外邊沿橫向距離不小于300 mm,垂直高度不小于500 mm。

        4 工作面頂板管理

        在綜采工作面有效的支護基礎(chǔ)上,還應(yīng)對頂板進行科學(xué)管理,以提高支護質(zhì)量,降低巷道和圍巖變形風險,具體措施如下:

        (2)及時進行設(shè)備和技術(shù)升級。一方面,對于老舊、損壞的支護設(shè)備應(yīng)及時進行更換和改進,避免設(shè)備“帶病”作業(yè),同時,應(yīng)積極引進技術(shù)更加先進的機械設(shè)備,提高工作面的支護效率和質(zhì)量,降低事故發(fā)生概率;另一方面,應(yīng)注重工藝技術(shù)升級,通過分析以往的頂板事故,找出落后和不合理的工藝步驟,逐步改進,同時,應(yīng)注重學(xué)習和應(yīng)用先進的工藝措施,提高支護質(zhì)量。

        (3)完善措施體系,加強安全管理。通過建立風險分級管控體系等,全面辨識頂板管理中的有害因素,并定性或定量地對其危險程度進行評估,確定風險等級和管控措施,切斷風險轉(zhuǎn)變?yōu)殡[患的鏈條,防范事故的發(fā)生。對于無法立即治理的危險隱患,應(yīng)安排專人進行情況跟蹤,直至隱患排除。

        (4)強化教育,深入培訓(xùn)。一方面,對于相關(guān)井下人員,應(yīng)形成制度化的培訓(xùn)機制,尤其是頂板支護和管理技術(shù),還應(yīng)對培訓(xùn)情況進行考核,考核合格者發(fā)放上崗證,否則仍需接受培訓(xùn);另一方面,對于當前工作面的作業(yè)流程,應(yīng)在開工前做好技術(shù)交底,保證參與人員清楚作業(yè)內(nèi)容和流程,并在此過程中強化頂板安全管理理念,由此全面提高工作面頂板的管理水平。

        5 結(jié)論

        本文以小常礦3402 工作面選用的ZF5600/17/35D 型液壓支架為例,針對綜采工作面頂板的支護和管理問題進行研究得知:

        (1)工作阻力5600 kN 大于采場頂板對單個支架的最大壓力4 233.6 kN;

        (2)支架的支護初撐力為5236 kN,大于需提供的初撐力0.8F=3 386.9 kN;

        (3)支架的支護強度0.74 MPa 大于采場對支架的最大壓強0.627 2 MPa;

        因此ZF5600/17/35D 型液壓支架滿足使用要求,所做工作為今后類似研究提供借鑒。

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