综采工作面推进速度与超前应力的控制

2017-04-18郭正文

科技视界 2017年2期

郭正文

【摘要】依据综采工作面开采地质及技术条件，结合以往开采经验及现场实测的基础上，分析了工作面在推进速度与前方煤体受应力分布关系。实际生产过程中，适当加快工作面推进速度，减少在同一位置的滞留时间，控制应力超前；有利于保持工作面的稳定性，保证安全生产具有重要意义。

【关键词】综采工作面；推进速度；超前应力；控制

0 引言

随着现代采煤技术的不断发展，综合机械化采煤不断应用于生产中，但在实际生产过程中，工作面推进速度得不到有效控制，导致工作面周期来压及应力超前，从而发生片帮冒顶事故，这不仅使工作面经常处于半停产状态，而且造成机械设备的损坏，采煤机开机率下降，综采工作面产量和效益大大降低，同时对人身安全造成严重威胁。通过对综采工作面发生片帮冒顶的机理及特点进行分析，就综采工作面如何控制推进速度与超前应力关系，提出有利的控制措施。

1 工作面概况

该3603二段工作面位于丛林向斜轴部西翼，其左侧与3601采区采空区相邻；上、下及右侧均为原生煤体，其走向长度755m，倾斜长165m，距地表垂深530～580m。处于单斜构造区域，区域内主要以小斷层及褶曲构造为主；煤层的厚度变化范围为1.0～2.5m，平均1.6m，可采煤层为K1（6#）煤层。工作面初次来压步距为10～25m，周期来压步距为12～21m，直接顶为炭质页岩，基本顶为砂岩。该工作面采用单一走向长壁综合机械化采煤工艺，全部垮落法管理顶板， MG2×160/740-WD1型双滚筒采煤机双向往返割煤，ZY3300/12/30型支架支护顶板，最大、最小控顶距分别为5.8m和5.2m，移架步距为0.6m。工作面机巷采用单体液压支柱配合1200mm铰接梁，一梁一柱超前托梁支护，工作面风巷采用单体液压支柱配合800mm铰接梁，一梁一柱超前托梁支护，梁与梁间铰接；两巷超前支护距离双排不少于20m；工作面上端头采用800mm铰接顶梁配单体液压支柱，一梁一柱支护顶板，柱距700mm，排距800mm；下端头采用用单体液压支柱配合1200mm铰接梁进行支护，排距800mm，和单体支柱配合3.6mπ梁，一梁四柱，错梁齐柱并棚支护，错距600mm～1200mm，并棚柱距200mm，棚距铰梁对铰梁1100mm。

2 现场实测方案

采用工作面顶板动态监测以及工作面机巷、风巷顶板变化情况测试方案。

如图1所示，工作面安设5条测线，1号测线和5号测线距离工作面机巷和风巷各20m左右，其余测线均匀布置在工作面中部。工作面机巷和风巷间距5m各布置2条巷道顶板移近量测站；巷道内各测站随工作面推进不断报废而循环布置，保证各测站数量不变，直至观测结束。

2.1 工作面顶板动态监测

为获得综采工作面在回采期间的应力分布情况和变化规律，工作面设5条测线，1、 5号测线各布置3架，每隔3架支架监测1架，其余测线各布置2架，每隔3架支架监测1架，分别对工作面12架支架进行监测。分别在回采过程中推进速度快时为3.6m/d，和推进速度慢时的0.3m/d两个阶段，每次移架后观测初撑力及移架前观测工作阻力值。

通过对工作面慢速、快速推进时支架载荷的观测，2.14-2.29日工作面停滞期间，煤壁片帮较为严重，压力表观测数据有持续增大趋势；2.14日工作面推溜移架过程中，支架压力有较大变化，最大值达到40MPa，工作面煤壁大面片帮，深度达6m，老顶岩石不断发出沉闷的断裂声音，工作面大部分支架安全阀溢液，19-23架支架被压死，并形成2-8m高冒区，并伴随有顶板淋水。随着工作面的缓慢推进，顶板断裂声音增大，煤壁片帮、顶板垮冒更为严重。这说明工作面推进速度慢，支架长时间承载，工作面支架的阻力非常大，部分支架安全阀被迫开启，安全阀没有开启的支架压力远大于额定工作阻力。12.6-12.15日工作面正常推进期间，顶板自然垮落，直接顶无明显冒落，工作面无片帮现象，工作面支架初撑力28MPa，工作阻力3300kN，均达到支架额定初撑力及阻力。这说明工作面顶板运动不明显，顶板运动对支架阻力的影响小。

2.2 工作面机、风巷顶板变化观测

工作面机巷、风巷通过断面收缩观测站，观测巷道围岩变化状况，并通过安设顶板离层仪观测巷道顶板离层情况。随着工作面的逐渐推进，每隔一天观测一次，详细观测数据及巷道变形趋势，见表2、表3、图2、图3。

以此看来，巷道顶底板与两帮移近量变化趋势基本一致，即随着工作面的推进，顶底板与两帮的移近量均在逐步增加，距离煤壁越近，增加越大，20m范围内变形量较为明显。

3 顶板控制措施

（1）工程技术人员要加强顶板压力变化和来压预兆分析，在顶板来压时可以做到预先防范，加强支护，防止冒顶。

（2）要摸索和掌握来压步距，在来压前采取加强支护措施，在工作面回采时，尽量减少煤壁伞檐的长度和宽度，防止出现片帮导致顶板严重垮冒，造成事故。

（3）防止采高超过设计要求，预防支架初撑力达不到规定要求而接顶不严密，造成顶板离层，在动态应力影响下发生冒顶。

（4）当顶板及煤壁破碎时，减少采煤机的一次进刀量，以提高牵引速度，实行浅截快跑，缩短工作面生产的循环时间，从而减少机道顶板裸露的面积和时间，降低顶板下沉量，使顶板压力显现均衡，避免片帮冒顶。

4 结论

（1）通过现场实测及矿井以往超前支护经验，我矿采煤工作面机、风巷超前支护距离20m能够满足支护要求。

（2）工作面在推进过程中，超前应力随之变化；当工作面慢速推进或停滞时间较长时，超前应力峰值向工作面煤壁前方煤体移近，受超前应力影响，煤壁片帮和冒顶严重，阻碍工作面正常推进；当工作面过快推进时，超前应力峰值向工作面煤壁靠近，形成应力集中区域，容易引发煤与瓦斯等动力灾害，诱发安全事故。

（3）结合现场实际，适当加快工作面推进速度，减少在同一位置的滞留时间，控制应力超前；有利于保持工作面的稳定性，充分发挥安全高效生产。