复合顶板综采面超前支承压力分布研究

郭荣柯，李小静

(1.河南平禹煤电公司一矿，　河南 禹州市　461670；2.河南禹州市煤炭局设计院，　河南 禹州市　461670)



复合顶板综采面超前支承压力分布研究

郭荣柯1，李小静2

(1.河南平禹煤电公司一矿，河南 禹州市461670；2.河南禹州市煤炭局设计院，河南 禹州市461670)

摘要：通过对某矿己16，17-22060综采工作面前方支承压力进行测定，分析得出了采面支承压力影响范围、支承压力峰值范围以及支承压力卸压区范围；并根据研究所得的支承压力分布规律，制定了采面风、机两巷及端头支护方案。实践表明，该支护方案满足巷道支护要求，能够有效控制顶板，减少巷修量，效果良好，对相似顶板条件下巷道支护同样具有借鉴意义。

关键词：复合顶板；支承压力；支护方案

0前言

顶板管理是工作面回采过程中最为重要的技术管理之一，不同顶板类型下采煤，回采巷道支护形式和管理方法也不相同。相较于坚硬顶板，破碎顶板下的回采活动较为困难，特别是复合顶板下的采煤作业，巷道围岩变形量大，造成超前支护段的管理尤为困难。对于复合顶板定义，目前尚未统一，但通过对文献分析，可将复合顶板定义为由多层岩性不同的岩层和薄煤层间隔组成的顶板，其主要特点是层间粘聚力较小，易发生顶板离层现象。某矿所采己16、17-22060工作面顶板即为复合顶板，回采过程中，局部地段顶板破碎，影响了采面正常循环作业，为了掌握该工作面支承压力分布情况，制定合理的两巷支护方案，同时为相似地质条件的采面回采提供参考，特使用ZLGH-20，40型应力计对工作面前方支承压力进行测定，以期获得采面支承压力影响范围及峰值强度，为巷道支护提供依据。

1工作面概况

己16，17-22060综采工作面位于矿井己二采区西翼中北部，东到己二回风下山，西到己组边界保护煤柱线，南部己16、17-22040未开采，北邻己16、17-22082采空区，上部己15煤层已回采，下部庚20煤层已回采。

该面己16煤层、己17煤层实行合层开采，己16煤厚1.2～1.8 m，己17煤厚1.0～2.0 m，己16煤层和己17煤层之间夹矸0.2～0.6 m，平均厚0.4 m。该面煤层赋存较稳定，局部受断层构造影响煤层厚度变化较大。煤层为肥煤，疏松易碎成粉末状，煤层结构为复杂结构。

顶板属于复合顶板，其中伪顶为炭质泥岩，平均厚度0.4 m，直接顶为灰色泥岩，平均厚度9.8 m，其上为己15煤层，厚度1.36 m。

2工作面超前支承压力测定及分析

2.1测定方案

测试仪器：采用ZLGH-20，40型钻孔应力计测定工作面煤壁前方支承压力，配合GSJ-2A型电脑检测仪使用，直接读出应力值并存储。

测点布置方案：从超前工作面70 m位置开始布置测定，每隔5 m布置一个测点，共布置6个。每个测点内安设一台ZLGH-20，40型钻孔应力计，钻孔直径为48 mm，孔深设计为10 m，开孔点距离底板0.6 m，垂直回风平巷巷帮施工，各测点距工作面距离如表1所示。

表1　各测点距工作面距离

2.2工作面超前支承压力分布规律分析

1#测点至5#测点应力变化曲线图如图1～图5所示，由于6#测点安装后电脑检测仪读数一直显示为0，重新对钻孔应力计安装后，读数依然显示为0，所以取消6#测点观测，但从整体数据分析来看，6#测点数据的缺失不影响煤壁前方支承压力的规律分析。

由图1～图5分析可知，各测点应力都在安装后出现小幅增加，然后进入应力增高区，达到峰值后，进入卸压区，卸压区距离工作面距离为9～12 m，平均10 m；工作面超前支承压力影响范围较大，为12～23 m，而支承压力峰值距工作面较远，为 15～22 m。

图1　1#测点应力变化曲线

图2　2#测点应力变化曲线

图3　3#测点应力变化曲线

图4　4#测点应力变化曲线

图5　5#测点应力变化曲线

3复合顶板的控制与管理

根据上述总结的工作面超前支承压力分布特点，结合巷道回采过程中矿压显现特点，制定了复合顶板综采工作面两巷及端头超前支护方案。

3.1机(风)巷复合顶板支护

(1) 机、风两巷支护形式主要为U型钢棚子。机、风两巷在距采面50 m范围内必须超前支护，若出现顶板压力较大现象，则要适当延长超前支护距离，并增加架设木垛，对折梁断柱、失效柱子要及时更换。

(2) 超前支护方式。采用替棚超前支护方式。在距煤壁50 m范围内架超前棚，将U型钢棚子用圆木替棚后，采用铰接顶梁配合单体柱沿倾向一梁二柱架设，棚距1.0 m，顶板破碎时可适当加密棚距，在距煤壁20 m范围内，在原架设的棚梁上用单体柱加打中柱，当顶板压力大、两巷外鼓严重时，及时补打木垛加强支护。

(3) 若两巷部分地段压力异常时，要及时超前支护架棚，或加打木垛，加打的木垛规格为1.2 m×1.2 m(长×宽)，沿帮架设，木垛架设在实底上，接顶严实。

(4) 若两巷高度超高，则必须在钢梁或园木梁上架设木垛，使木垛接顶保证有效地支护顶板。

3.2端头支护

上端头采用铰接顶梁配合单体柱架走向棚子支护。靠采面最后一架上侧200～300 mm架一排走向棚子，靠风巷上帮300 mm架一排走向棚子，在两棚子之间视其宽度，布置若干排走向棚子，棚子排距0.5 m，柱距为1 m；所打走向棚子必须背顶，柱子打牢，迎山有力。

下端头使用4 m的π型钢梁和单体柱配合支护。正常情况下在机头第一架下侧与转载机上帮之间架设2根π型钢梁，棚子一梁三柱，支柱均匀布

置，交替迈步前移，迈步距离0.6 m；如果两根π型钢梁间距超过500 mm时，在2根之间用铰接顶梁和单体柱架一排走向棚子，棚子一梁一柱。在转载机下帮到机巷下帮煤壁间视巷道宽度用单体柱和铰接梁均匀布置若干排棚子，棚距0.5 m。

4结论

通过对己16，17-22060采面前方支承压力测定，得出采面支承压力分布规律：支承压力影响范围为12～23 m，支承压力峰值距工作面15～22 m，卸压区距离工作面平均10 m；在此基础上，制定了采面两巷及端头超前支护方案。生产实践表明，该支护方案不仅满足了支护要求，而且大大降低了超前支护段的维修量，效果良好。

参考文献：

[1]贾志锋.复合顶板综采面超前支承压力分布特征实测研究[J].陕西煤炭,2013(3).

[2]岑传鸿.论煤层复合顶板的管理[J].矿山压力,1985(1).

[3]刘建国.回采工作面复合顶板管理的实践[J].煤炭技术,2009(6).

[4]林成德,金磊辉.复合顶板巷道支护浅析[J].黑龙江科技信息,2011(10).

收稿日期：[5]贾广辉.对复合顶板的认识及综合防治措施[J].山东煤炭科技,1998(2).(2015-07-22)

作者简介：郭荣柯(1983-)，男，河南许昌人，助理工程师，主要从事煤矿安全生产管理工作，Emial:316565868@qq.com。