超长综放工作面采场矿山压力控制

孙江涛

（太原理工大学矿业工程学院，山西太原030024；山西介休义棠安益煤业有限公司，山西介休032000）

超长综放工作面采场矿山压力控制

孙江涛1，2

（太原理工大学矿业工程学院，山西太原030024；山西介休义棠安益煤业有限公司，山西介休032000）

随着综采放顶煤工作面采高的增加，支护高度与重心提高，此时支架很容易发生倾斜与滑倒等问题。结合超长综放的工作面，对采场矿山压力控制进行了简单的分析。

超长综放；采场矿山；压力控制

引言

经过多次实验，综采放顶煤技术已经是国内厚煤层产煤的核心技术之一，怎样优化生产技术，让生产更加合理、科学、集中，一直是煤炭科研人员面临的问题。从已有的采煤经验来看：增加工资面长度已经成为集中生产的核心技术，随着综放工作面长度的改善，不仅能促进巷道布置、工作面单产、简化系统、集中生产，还能提高资源采出，更好地保护地表建筑物。但是受安全系统、通风条件、装备水平等因素影响，顶板管理难度系数较大，组织复杂，所以在工作面采场控制中必须使用有效的方法，从根本上确保超长综放工作面高效、高产。

1　超长综放工作面采场矿山的实例分析

1.1地质开采与开采方式

某企业所在煤矿的工作面使用的是3号煤层，煤层平均厚度是5.58m，密度是1.39 t/m3，属于背斜结构，其坡度在0°～3°间，平均坡度是1.7°。工作面使用的是后退式、面向长臂的综合机械采煤法。工作面的倾斜长度与可采长度分别为280m与850m，循环进度为0.8m，具体的工作面围岩如表1所示。

1.2工作面煤岩稳定性与观测方式

借助测杆与钢卷尺，对冒顶与可能出现片帮的领域进行测量（如图1所示）中的a、b、c、d等顶煤破坏参数与冒顶倾向长度。工作面没有出现冒顶前，自5号开始，根据顺序每5架记录对应采高，一直到180号架；工作面存在冒顶后，根据片帮冒顶的最深处进行记录与测量。

表1　工作面围岩与特征

图1　顶煤的稳定性参数

2　工作面煤壁的稳定性

采高逐渐增加，尤其是煤壁弱面、顶板破碎、煤质松软时，很可能发生煤壁片帮的情况。

通常，煤壁片帮会受煤层裂隙、节理、弱面、层理与发育程度影响，呈现出不同的形式，一般情况下会产生下页图2中的形式。在此次工作面矿压观测与统计中，煤壁片更多的体现为a与b两种形式，高达81.7%的a类片帮增加了支架梁端距，不易于互帮千斤顶控制与端面顶板稳定；b类只有13.6%，它不会对顶板构成太大影响，互帮千斤顶依然能正常使用。就各种片帮深度来看：a类分布在0.15～0.20m间，高达72%；b类分布在0.2～0.3m间，高达88%；e类比重较小，片帮深度在0.5～1.3m间，这很不易于控制顶板。

从煤壁片帮深度来看：煤壁片帮深度更多的分布在150～300mm间，在统计总数中占63.6%，超过450mm频率达到13.6%。从现场反馈的信息来看：片帮深度超过500mm的情况更多体现为检修停产与老顶来压，严重时片帮超过1.0m。在地质背景下，煤壁片帮程度和机采高度有着密切关系。在现场实测中，片帮深度会随着采高变化变成二次曲线，当采高处于3.4～3.6m间，片帮深度增加的速度减缓；当采高超过3.6m，片帮会随着采高增加而增加。而工作面采高最好不能超过3.6m，反之片帮量增加很可能带来安全隐患。

图2　煤壁片帮的形式

煤壁片帮的深度也说明了局部工作面片帮的工作程度，煤壁片帮率就是沿着工作面倾向累计的长度在总工作面中的比值。根据现场反馈的信息来看：煤壁片帮率多处在8～12%间，在统计总数中高达70.5%。在实践中，煤壁片帮率低于12%时，不会由于煤壁失稳发生支护失效或者中断生产等问题。片帮率超过12%的几率是6.8%，在这种条件下，很容易引发超过500 mm的局部冒顶问题。就整体发展来看：工作面工作性能良好，严重片帮更多体现为工作面长时间停产，没有停机现象。和片帮深度以及采高变化过程来看：增加采高对片帮率影响不大，也就是说增加采高对煤壁稳定性的影响要低于局部稳定。

3　工作面顶煤稳定性

3.1端面冒顶影响因素

顶煤在顶板回转、支撑压力、支架反复支撑的作用下，会经过完整区、破坏区、发育区与破碎区，逐渐沦落成散体。结合现实活动，之所以对工作面冒顶构成影响的因素有。

顶层破碎，节理、层理发育，顶煤在煤壁顶层，就已经步入破碎区域，已经拥有放出条件，这也是造成端面冒顶的核心要素。

支架工作状态不好，受煤壁片帮与顶梁上端浮煤影响，支架顶梁很难有效接顶，最终让端面顶煤断裂。支架初撑力和降架迁移不会构成煤离层，让冒顶向着更大、更高的领域拓展。

受顶板回转与支撑压力影响，上位顶煤周期很容易发生破坏，而端面上端顶煤与破坏区贯通，造成较大程度冒顶的根本原因是：破坏区是否存在贯通和支护质量、支架情况有着密切的关系。工作面端面冒顶、煤壁片帮与支架工况有着密切的关系，互相影响，以控制煤壁片帮，确保支架好转，从而控制冒顶发展。而工作面采高增加，不仅会影响支架稳定性，还会影响端面冒顶与控制工作的开展。

3.2端面冒顶高度

在工作中，工作面冒顶高度更多分布在150～300 mm间，从现场反馈的信息来看：冒顶高度低于600 mm，不会对生产构成太大影响，也无需专门处理，只要确保支架监测，就能确保支架抬头，从而控制冒顶，改善顶煤稳定性。从现场反馈的信息来看：冒顶高度低于600mm高达95.5%，这也说明顶板管理效果较好。

4　煤岩稳定性与控制技术

在大采高综放支架控制中，工作面管理由防止垮落向两点一线转变。而工作面内顶板控制的重点在于避免工作面发生端面与煤壁片帮冒顶等问题，因为煤顶松软和容易冒落，端面逐渐成为影响生产的重点。对此，在生产中，必须使用有效措施，改善煤岩的稳定性。

在工作面生产中，尽量减小煤壁暴露周期，加快工作面工作进度；确定科学的采高，减小片帮出现冒顶事故的几率；做好质量监管与支护工作，对工作面支架实施二次注液，以此确保工作面初撑力，减小煤帮压力；改善液压支架可靠性，通过增强维护，从根本上避免漏液，让支架初撑力始终高于80%的额定值，当支护强度满足规定后，从整体上提高围岩刚度，保障支架位态。当工作面处于顶板破碎的环境时，最好使用带压移架的方法，在一步到位的情况下，避免反复升降液压支架带来的不利影响，当片帮深度符合先移驾而不影响割煤时，使用超前移驾。另外，为保障割煤的质量，必须有效控制液压支架的接触顶板，更好地发挥支架功能。在放煤工作中，尽量保障放煤均匀，当煤层与顶板破碎较小时，使用单轮间隔放煤，以避免支架上部抽空引发冒顶。

当工作区域发生大面积片帮，或者处在不利地质与断层等情况时，必须做好煤壁加固工作，避免片帮发展。工作面煤壁片帮面积与深度较大时，通过注射马丽散的形式对裂隙、松软区域进行加固。当锚杆长度在1.8～2.5 m时，配合树脂药卷进行，如此不仅能从整体上提高煤壁整体性能，还能加大内部摩擦，锚杆本身就有抗剪功能，从而避免滑移。

5　结语

超长综放面矿压作为一项系统、复杂的工作，它对煤矿正常生产与开采安全具有重大影响。因此，在现实工作中，必须结合工作经验与科学技术，做好采场矿山压力控制。

［1］张学会.特厚煤层大采高综放面力学特征研究及其应用［D］.合肥:安徽理工大学，2012.

［2］刘志阳.极近距离煤层采空区下综放面矿压规律与控制研究［D］.北京:中国矿业大学，2014.

［3］刘艳辉.大采高综采和综放工作面矿压显现特征的对比研究［D］.焦作：河南理工大学，2012.

［4］韩俊效.寺河矿大采高长工作面矿压显现规律研究［D］.焦作：河南理工大学，2011.

［5］马钱钱，周厚权，袁德权，等.大采高超长综放面矿压显现规律与控制技术研究［J］.能源技术与管理，2015（4）:48-50.

（编辑：刘楠）

Super-length Fully-mechanized Caving Stope M ining Pressure Control

Sun Jiangtao1，2
（1.Taiyuan University of Technology，Taiyuan Shanxi030024；2.Yitang AnyiCoal Industry Co.，Ltd.，Jiexiu Shanxi 032000）

With the increase ofmining heightare broken fullymechanized top coal cavingmining faces，supporting heightand center of gravity，the bracket is easy to produce the problem such as tilting and slip.Combined with super long fully mechanized working face of stopemining，pressure control are simply analyzed.

super-length fully-mechanized top-coal caving；mine；press control

TD823.49

A

2095-0748（2016）17-0057-03

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.17.24

2016-08-19

孙江涛（1985—），男，河北唐山人，毕业于太原理工大学机械设计制造专业，现就职于山西介休义棠安益煤业有限公司，助理工程师，主要从事煤矿采煤管理工作。