保德煤矿综放工作面过顶板高压区及破碎带技术研究

吕 谋

(神华神东煤炭集团保德煤矿,山西 保德 036600)

保德煤矿综放工作面过顶板高压区及破碎带技术研究

吕 谋

(神华神东煤炭集团保德煤矿,山西 保德 036600)

通过对工作面设备选型、矿压显现分析、工作面周期来压步距参数及强度参数分析,对工作面过顶板高压区和破碎带的顶板管理制定出具体管控措施,并针对井下现场条件及设备性能,对现有设备如何改造给予了合理化建议,可为相似矿井提供参考。

综放工作面;破碎带;矿压显现;高压区

综采放顶煤开采在我国煤炭开采中得到广泛的应用[1-5]。在综放开采过程中,工作面常常会遇到复杂的地质条件,例如顶板高压区、破碎带。目前,对综采工作面顶板的管理已基本实现科学化和技术化,顶板事故的发生已被控制在最小的范围内,但个别工作面因地质条件的恶劣及管理上的漏洞,漏顶事故还未被彻底杜绝[6]。针对具体工况,工作面如何顺利的推进,是保证煤炭安全开采的重要问题。

保德煤矿81304综放工作面是保德煤矿三盘区深部进入深部区开采以来第一个采用综采放顶煤开采技术的综采工作面,工作面受三盘区古河流冲刷影响,回采区域局部顶板无直接顶,工作面顶板岩性变化较大,特别是在工作面受冲刷带顶板和正常段顶板交汇处,顶板极不稳定,破碎。在81304综放工作面推进至距离切眼1 648 m、 1 662 m、1 778 m时逢工作面周期来压,工作面中下部顶板压力显著异常增大,致使工作面50#～80#支架间发生架前漏矸和部分支架立柱压缩无行程的压架事故,给工作面正常回采和安全生产带来较大困难。为了保证三盘区剩余工作面的安全顺利回采,笔者通过对工作面设备选型、矿压显现分析和综放工作面过顶板高压区和破碎带的顶板管理等多方面原因进行综合性分析,总结出综放工作面过顶板高压区及破碎带的综合处理方案。

1 81304综放工作面地质概况

81304综放工作面长266 m,走向长2 629 m,煤厚3.7 m～9.2 m,平均煤厚6.3 m,预计储量730万t,煤层倾角为3°～7°,工作面煤层底板标高724 m～781 m,地面标高911 m～1131 m,上覆基岩厚170 m～250 m,松散层厚0 m～141 m。采面内无钻孔,附近有SK24、SK44、探3和SK31四个钻孔可以参照。通过钻孔柱状分析,切眼至回顺及胶顺的1 186 m～1 518 m段发育有古河流冲刷带,煤层上部无直接顶,直接为9 m以上的含砾粗砂岩老顶;在非冲刷区直接顶为砂质泥岩,厚度在0 m～4.8 m,老顶为粗粒砂岩,厚9 m～32 m。整个采面地表地形切割较为严重,沟壑发育,目前采面已推进1 769 m(余860 m),采面盖山厚180 m～250 m(松散层厚0 m～20 m)。工作面顶底板岩性如表1所示,冲刷带与正常区域的顶板结构对比如表2所示。

表1 81304综放工作面顶底板岩性表Table 1 Lithology of fully mechanized caving face 81304

表2 冲刷带与正常区域的顶板结构对比Table 2 The flush zone is compared with the roof structure of the normal area

2 工作面支架及设备配套情况

81304综放面中部架选用北京煤机厂生产的ZFY10200/25/42D型支架,支护强度为1.08 MPa～1.11 MPa;排头支架型号为ZFP9800/26/41D,支护强度为0.98 MPa～1.02 MPa;顺槽端头支架型号为ZYT27600/23/40,支护强度为0.78 MPa。工作面支架共计157台,立柱安全阀额定开启压力45 MPa。采煤机为美国久益公司生产的7LS6C型采煤机,生产能力4 000 t/h,总装机功率2020 kW。工作面前后运输机采用张家口煤机厂生产的SGZ型运输机,能力各为2 500 t/h;顺槽转载机及破碎机均由张家口煤机厂生产,工作面总装机功率8 225 kW,总重6 887 t。

3 回采工作面矿压观测

为加强81304综放工作面过高压区及顶板破碎带的矿压观测工作面,在81304综放工作面压架事故多发区段,安设支架载荷监测设备,实时监测放顶煤开采过程中,矿压显现特征及规律,总结容易发生前部漏冒事故的区域,推进方向的位置,同时分析周期来压步距、强度等参数。

3.1工作面矿压监测的仪器布置

根据保德矿81304综放面,发生的压架事故情况,在81304工作面压架频繁发生的区域,选择67#、68#支架,61#和62#支架,53#支架等关键位置,安设支架压力监测仪器,同时兼顾机头部30#支架和机尾部120#、121#支架,实施中部、上下部不同区域的矿压显现监测,具体观测仪器的布置情况见图1。

图1 81304综放采场矿压监测仪器布置Fig.1 Mine pressure monitoring instrument layout of 81304

3.2工作面矿压显现规律的实测分析

为监测工作面矿压显现强度与规律性,于11月8日在采场安装监测仪器,实时监测分析其矿压显现强度,并分析其周期步距规律性。

1) 工作面周期来压步距参数分析

通过对81304综放面支架载荷实测分析,结果表明81304工作面周期来压步距变化为10.2 m～19 m,平均周期来压步距为14.3 m。具体的支架载荷测试数据如表3所示。

实际预测支架支护强度时,可以选用19 m的周期来压步距参数。

表3 81304综放面支架载荷实测结果Table 3 The measured results of the scaffold load in working face 81304

2) 工作面周期来压强度参数规律性分析

依据实际矿压观测的成果,整理出支架下矿压强的结果见表4,由表4实测数据可得,81304综放工作面观测期间,支架初撑均值变化在20.1 MPa～25.1 MPa,总均值为22.81 MPa,仅为支架设定初撑出口压强(31.5 MPa)的72.4%,初撑压强达不到要求;末阻均值变化在29.6 MPa～38.9 MPa,总平均值为34.43 MPa,比额定初撑阻力高10%左右;周期来压期间,最大工作阻力为45.2 MPa ～51.3 MPa,均值为48.68 MPa,为设定额定工作阻力(49.5 MPa)的98%。

表4 81304综放面矿压显现强度实测结果Table 4 The measured results of Strata behaviors strength in working face 81304

同时由末阻力与初阻力比值分析 由81304综放面矿压监测分析结果可知,整个监测期间,末阻力与初阻力的比值变化在1.32～1.83,总平均比值为1.51。宏观观测结果表明,应该提高支架的初撑力,缩小末初阻力比,使其满足1.25的比值,以达到良好的综放采场顶板安全控制的效果。而 81304综放面周期来压系数变化在1.32～1.62之间,平均来压系数为1.41,可见周期来压显现强度显著。

4 过高压区及顶板破碎带具体措施

通过最新的矿压观测得出周期来压数据,结合工作面采场条件及设备实际情况,为保证工作面工作面顺利通过高压区及顶板破碎带,采取了一下具体措施。

1)矿成立以矿长为首的采面事故快速反应应急小组,从现场指挥、设备及运转系统的维护与检修、技术指导、现场事故处理等责成专人负责进行重点、及时跟踪监督与督办,并对工作情况进行问责。

2)工作面过高压区及顶板破碎段不放顶煤,加快工作面推进速度,工作面推过高压区及顶板破碎段后方按照正常工艺回采。

3)加强矿压观测,加快周期来压时采面的快速推进成立专业的矿压观测组,对采面矿压进行分析。及时准确掌握采面矿压规律,大型检修计划避开工作面周期来压,过周期来压后加强设备检修力度,确保在周期来压前后的快速推进。

4)加强设备的重点维护与检修。将工作面中部40#～120#支架安全阀开启额定压力由45 MPa调高到49 MPa,并设防蹦护罩,同时对立柱中缸、各种密封等支架薄弱环节重点监护管理;工作面过周期压后及时更换工作面压损的支架后四连杆销轴、立柱、平衡油缸、各种密封、液压管路和立柱液压锁、压力传感器等配件;保证乳化液泵正常运转,乳化液泵出口压力达到31.5 MPa,工作面系统压力达到28 MPa以上;对采面设备,尤其是支架及三机在采面周期来压时做到快速推进,在来压后进行重点维护、检修。加强工作面日常设备点检、维护、保养、严格制定责任人包机制度并落实到位,主要重点是支架各部件、液压系统、采面三机等;加强采面工程质量管理,掌握好割煤层位,顶、底板割平整,严禁留设台阶,在保证采高的情况下及时追机拉架,同时最大限度保证支架的初撑力。每刀调整支架架型,支架接顶平、严、实,保证支架切顶线在一条直线上,使支架能起到切顶作用且受力合理。

5 结论

通过对81304综放面采场条件、设备选型和矿压观测进行进一步总结分析得出,81304综放面中部架选用北京煤机厂生产的ZFY10200/25/42 D型支架,支护强度为1.08 MPa～1.11 MPa较小,不能满足工作面顶板支护强度要求,在现有条件下为提高工作面支架初撑力,保证工作面安全顺利通过顶板高压区及破碎带时,在加强综采工作面的基础管理工作的同时还必须对现有设备进行必要的改造,如在一定条件更换支架安全阀,通过提高乳化液泵出口压力等方法提高工作面支架初撑力和支架的支护强度,发挥现有支架的最大支护效能,对顶板进行有效管控。

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Fully-mechanizedMiningFacePassingHighPressureAreaandFractureZoneunderRoofinBaodeMine

LVMou

(BaodeMine,ShenhuaShendongCoalGroup,Baode036600,China)

On the analysis of equipment selection, strata behavior, interval and intensity of cyclic weighting of working face, roof management measures are proposed when the working face passing high pressure area and fracture zone. According to the field condition and equipment performance, the study offers some suggestions on equipment modification, which other similar mines could use for reference.

fully-mechanized mining face;fracture zone;strata behavior;high pressure area

1672-5050(2017)02-0008-04

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.04.003

2017-02-23

吕谋(1985-),男,四川达州人,大学本科,助理工程师,从事煤炭开采技术研究。

TD322.4

A

(编辑:薄小玲)