西铭煤矿43104工作面顶板控制技术探讨

李 楠

（山西焦煤西山煤电(集团)有限责任公司西铭矿，山西 太原 030052）

1 工程概况

西铭煤矿43104工作面井下位于西十一采区，开采3号煤层，工作面东邻43106采空区，南邻3号煤回风巷，西部为43102工作面已回采，北为随老母断层。该工作面上覆2号煤已回采，北部切眼附近为巨成矿2号煤小窑破坏区。2号煤与3号煤层间距7～15 m，平均11 m左右。

3号煤层厚度为1.20～2.60 m，平均厚度1.90 m。工作面南部局部地段煤层有变薄现象。煤层平均倾角为5°。属于全区稳定可采煤层。3号煤层顶底板岩层情况见表1。

43104工作面采用综合机械化一次采全高采煤工艺，选用ZZ3600/14/28型支撑掩护式液压支架支护，采用全部垮落法管理顶板，移架后顶板自行垮落。

表1 43104工作面顶底板岩性

2 综采支架选型

1）工作面矿压强度

式中：P为支护强度，kN/m2；n为增载系数，取2；R为顶板岩层容重，取25 kN/m3；∑h为直接顶厚度，m；K为碎胀系数，取1.25；M为采高，取平均煤层厚度1.9 m。

代入数据得：∑h=M/（K-1）=1.9/（1.25-1）=7.6 m，P=2×7.6×25=380 kN/m2。

2）支架需要支护强度

式中：Q为液压支架需要支护强度，kN；P为支护强度，取计算值380 kN/m2；b为端面距，取0.34 m；L为顶梁长度，取3.74 m；B为支架中心距，取1.5 m；n为支架效率，取0.98。

代入数据得：Q=P（b+L）B/n=380（0.34+3.74）×1.5/0.98=2373 kN

根据上述计算要求及43104工作面具体地质条件，选择ZZ3600-14/28型支撑掩护式液压支架。工作面安装支架数为131台。其主要参数见表2。

表2 ZZ3600-14/28型液压支架的技术特征

3）支架底板比压验算

式中：R1为架工作阻力，取3600 kN；P底压为支架对底板的压强；B为支架底座宽度，取1.5 m；L1为支架底座长度，取2.9 m。

代入数据得：P底压=0.83 MPa。

由于43104工作面底板为页岩，普氏系数为2.5，即底板可承受的允许比压25 MPa。

因此，可得P＞P底压，43104工作面选择ZZ3600-14/28型液压支架，工作面支架不会出现钻底现象，支架选型合理。

3 综放工作面顶板控制

1）工作面来压步距

通过类比分析与43104工作面相邻的已经回采的43102工作面开采技术条件，两个工作面相邻且同为开采3号煤层，地质条件类似，43102工作面的顶板运移规律即可以为43104工作面顶板控制提供理论支撑。

通过对43102工作面开采过程中的顶板运移破断规律进行分析，当工作面推进20 m时，直接顶已全部垮落，即工作面初次来压步距为20 m。随着工作面的推进，当推进距离达到35 m时，顶板又一次垮落，且推进到50 m时，工作面顶板继续垮落。由此可以推断出周期来压步距为15 m。

因此，43104工作面开采时，其初次来压步距预估为20 m，周期来压步距预估为15 m。在开采过程中，重点对工作面顶板来压时的液压支架进行监测，合理确定顶板控制措施，防止发生安全事故。

2）两巷超前支护

皮带巷、轨道巷采用DW31.5-200/110型单体液压支柱配3.4 m长π型梁进行超前支护，“一梁两柱”，柱距为1.0 m，排距为3.0 m。超前支护距离不少于20 m。同时工作面向外补打15 m以上的中柱，中柱距煤体帮1.1 m，距煤柱帮2.5 m，采用“一梁三柱”支护。遇断层或顶板压力大时，超前维护距离延伸至20 m以外，并缩小棚距加强支护。两巷π型梁只允许超前一个循环回收。超前单体支柱采用钢丝绳连接，首末端分别与顶锚杆相连，连接固定高度距底板不小于为1.5 m。

3）端头支护

机头、机尾采用单体液压支柱戴π型梁铁柱帽点柱进行加强支护，柱距0.8 m，排距1.0 m。π型梁柱帽规格550 mm×90 mm×60 mm，π型梁柱帽方向与巷道方向垂直。

保证端头支架及端头支柱的推移和工作面的推进步调一致。

4）进、回风隅角双排密集支柱支护

进、回风隅角采用双排密集支柱切顶，液压支柱戴π型梁柱帽切顶柱距0.5 m，排距0.8 m。后排支柱与支架后沿保持一致。

回撤切顶支柱时，坚持“先支后回”的原则。用专用卸载手把进行回撤，再将回撤的支柱按规定打好。为保证切顶支柱回撤安全，在回撤切顶支柱与拉移端头支架时，要先移出切顶支柱后再移架。

5）特殊条件下的顶板管理

（1）过落差≤0.6 m的断层或岩普氏系数f≤4时，可用采煤机直接切割岩，但须放慢牵引速度，且工作面顶、底板必须平缓过渡，不得出现0.2 m以上台阶，移架时不接顶的支架顶梁上必须垫柱帽等材料。

（2）当工作面过落差较大的断层时，需指定专项安全措施。

（3）工作面煤壁片帮距离超过0.3 m时，需提前移架，并在支架上插2根梁用来控制顶板岩层。

4 矿压观测

为了进一步验证43104综采工作面支护方式的合理性，针对工作面液压支架受力进行监测。选取工作面具代表性的第15、35、50号支架工作阻力观测记录情况见图3。

图3 工作面支架工作阻力变化规律

由图3可知，43104工作面来压持续时间较短，工作面推进时，液压支架工作阻力没有超过额定阻力，工作面可以保证安全开采。

5 结语

通过对相邻工作面的矿压规律进行分析，得到西铭矿43104工作面初次来压步距为20 m，周期来压步距为15 m。工作面采用ZZ3600-14/28型支撑掩护式液压支架支护，两巷超前及两端头支护采用DW31.5-200/110型单体液压支柱，并制定了不同情况下的具体顶板控制措施。通过对液压支架的工作阻力监测，目前采取的顶板控制措施可以保证43104工作面的安全开采。