采煤工作面的支护参数及质量标准探讨

陈天勇

[摘要]回采工作面顶板控制设计的内容主要包括：选择采场支护形式、选择采空区顶板的处理办法、决定控顶距离、选择支护形式、制定工作面日常顶板管理方案等。因此，主要对采煤工作面支护方式选择、支护参数确定以及相关质量标准做探讨。

[关键词]采煤工作面自护参数质量标准

中图分类号：TB1文献标识码：A文章编号：1671—7597(2009)1020119--01

一、采煤工作面支护方式

合理支护强度确定之后，合理支护方式的选择对于回采工作面的顶板管理起若非常重要的作用。根据回采工作面的不同地点支护方式一般分为基本支护和特殊支护两类。基本支护要求支架在顶板不发生特殊情况时，能支和护住顶板。特殊支护要求支架在顶板出现悬顶、滑动、冲击等隐患时，能防止顶板事故的发生。

在单体液压支柱支护的回采工作面，基本支护方式一般采用单一支护方式和棚梁支护方式。单一支护方式一般用于下位直接顶较坚硬完整的采场。棚梁支护方式一般采用金属铰接顶梁，棚梁支护的基本内容主要有：挂梁方向、挂梁方式及护项方式。挂梁方式及护顶方式：挂梁方式在一般情况下均采用齐粱齐柱式或齐梁错柱式。各主采煤层的工作面采用齐粱齐柱式支护，以及煤壁处较破碎的顶板加支金属钢梁，对于改善项板管理的状况起到了重要作用。特殊支护主要用来防止顶板事故，它是基本支护的加强补充。特殊支护一般用于回采工作面薄弱环节区，即放顶线、端头、煤壁处及局部构造处。目前大部分矿井回采工作面的上下端头已全部采用“四对八梁”支护，并取得了较好的效果。煤壁处的特殊支护主要是防止项板在刮板运输机机道处的冒落，保持刮板运输机机道的顶板完整。

二、采煤工作面支护参数

在普采工作面工艺设计中，除了合理选择支架布置方式外，还要正确确定工作面支护密度和排距、柱距。

支柱的排距小于0.8m时，工作面行人困难，会降低生产效率。铰接项粱长度有0.8m、1.0m、1.2m三种规格，采煤机的截深多为0.6m、0.8m、1.0m和1.2m，因此支柱的排距主要有0.8m、1.0m和1.2m三种规格。按照采煤作业的需要，最少需要3排支柱，在工作面形成3条道：机道、人行道和堆放支柱、顶梁及其他材料的材料道。当排距小或工作面所需支护材料较多时，一条材料道不能满足需要，工作面就需要4排柱，即最小控顶距为4排。

支护密度是控顶范围内单位面积顶板所支设的支柱数量。支护密度既是支护参数，又是确定生产组织管理方式和经济技术指标的重要参数。

支护密度：n＝P/NR

P为工作面支护强度，R为支柱额定工作阻力，N为支柱额定工作阻力实际利用系数。

一般金属摩擦支柱n=0.4～0.5，单体液压支柱n=0.85。

工作面支柱的合理承载能力就是控制顶板的合理支护强度，应当保证工作面来压前后，有支柱所控制的结构力学系统，处于合理的平衡条件之下。要避免工作面发生大面积的切顶跨场事故，为此支柱的承载能力除必须承受直接顶的岩重外，还要尽可能避免基本顶运动的冲击。要把来压完成时刻的最大顶板下沉量，控制在支柱下缩量及保持必要工作空间所允许的范围内。要尽可能保持直接顶板完整。

工作面柱距：

其中，Ⅳ为工作面支柱排数，F为机道上方梁端至煤壁距离，S为每根支柱的支护面积，它是支护密度N的倒数。

三、采煤工作面质量标准

质量标准化的质量是指产品或工作的好坏程度，标准是指用作衡量或依据的原则或规范，产品质量关系到企业生存，而工作质量，特别是一线的工作质量不但与产品质量有关系。而且还关系到自身和他人的生命安全，采煤工作面的支护质量必须形成一定的标准并广泛推广。

采煤工作面大面积的支护是以单根支柱支护，顶板情况特殊处，采用特殊的支护形式，二者组成了一个支护整体，控制住顶板形成一个采煤的作业空间。就单根支柱的支护来讲，支护的质量有支柱的柱距、排距、排数、角度、初撑力、支柱的长度、应采用哪一种类别的支柱、选用的支护形式是否合理等，如果有不合格，则说明支护的质量没有达到要求，也即是留下了安全隐患。

支柱首先应排在一条直线上，前提必须是工作面煤壁是直线，工作面的各处承受的压力才均匀，才形成压力集中点。压力集中点的顶板的压力将比其它地段的压力增加数倍，顶板就有可能失去控制而冒落。如果支柱的排数少于规定排数，就降低了整个工作面支护的支撑力，而出现切工作面的情况。如果采煤的推进度没有按照《作业规程》推进，排距就会与推进度无法同步，造成排距过大或过小的情况。支柱的初撑力达不到要求，相当于该支柱没有受力项板会提前离层冒落。支柱的长度不合适，如果是太短则初撑力达不到质量要求，成为无效支柱，如果支柱过长，支柱的角度则无法达到质量要求，仍然成为无效支柱：当支柱不够长时，有的工人简单地采用双帽的形式，降低了支柱的稳定性，遇软底应穿鞋。不然初撑力也达不到规定要求。支柱的柱距增大也会造成悬顶面积过大，两支柱之间的顶板容易冒落，也就是所说的“漏档”，而柱距过小也是不利于工人作业。支柱的角度没有达到规定要求，该支柱受压后就会产生一个分力，承受的压力相对小很多，而且受压后容易倒伏。

支架要支得起顶板，支架在工作全过程都能够支撑住项板所施加的压力。这里包括支撑力和可缩量两个方面。如果支架支撑力不够，支承不了顶板压力而被损坏，就无法再支撑顶板，如果支架可缩量适应不了顶板下沉而被损坏也无法支撑顶板。当支架支不住顶板时，将会导致压垮型冒项。老顶来压时，顶板施加在支架上的压力比平时大得多，顶板下沉量也比平时大，因此，支得住顶板主要是针对老顶的，目前煤矿选用的是自移式液压支架及单柱支柱。只要选型合适，密度合理，就能起到支架的有效作用。直接顶内可能存在各种原生的以及采动的裂隙，从而使直接顶比较破碎，甚至出现如锅底石，驴槽石，将军帽等游离岩块。采煤后，如果不及时支护这类顶板，则可能导致这些游离岩块冒落，当放炮、移溜、翻打支架等工作不慎弄倒已支设好的支架时，也可能使这类游离岩块冒落。回采工作面支架应护得好顶板，一方面要求采场支架能控制住工作面空间的顶板，使其不要及时冒落。另一方面保证回柱工人在能支护的作业点回撤，而一方面要护顶，另一方面要护人，两者缺一不可。采场支架要稳得住顶板，要求支架是有抵抗来自层面方向的推力。一旦顶板要沿层面方向运动或旋转，支架能抵抗得住，不至于被推倒。实践证明，应用掩护式及支撑掩护式自移液压支架的综采工作面与应用单体液压支柱的高档发工作面，如果初撑力大，就不易发生推垮型冒顶，其原因就是因为支架对顶板能够稳定得住。