綜采工作面中液壓支護(hù)系統(tǒng)的頂板控制研究

張彥博

（山西西山晉興能源有限責(zé)任公司斜溝煤礦， 山西 呂梁 033602）

引言

目前，液壓支護(hù)系統(tǒng)中頂板事故發(fā)生次數(shù)呈逐年下降態(tài)勢，而頂板事故一旦發(fā)生，其事故死傷人數(shù)占據(jù)綜采煤礦各類事故中首位。因此，有效針對綜采工作面中液壓支護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行頂板控制，對我國煤礦的安全生產(chǎn)有一定的保障作用[1]。

1 頂板管理方法

頂板管理主要根據(jù)工作面支架種類和布置方式進(jìn)行設(shè)計，結(jié)合工作面煤層和頂?shù)装鍘r層具體情況，合理確立工作面支護(hù)設(shè)計方案，以此來確保頂板控制的安全進(jìn)行[2]。以斜溝煤礦18503綜采工作面為例，工作面頂?shù)装迩闆r見表1。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r

根據(jù)工作面頂板特征，確定采煤工作面采用ZY7600/23/47掩護(hù)式液壓支架支護(hù)頂板，所有支架要接頂嚴(yán)實(shí)，初撐力不低于泵站壓力的80%，泵站壓力不小于31.5MPa，支架中心距為1.75m，工作面安裝支架175臺。兩巷超前采用液壓單體支柱支護(hù)，采空區(qū)采用全部跨落法管理頂板。

另外，對于特殊條件下的頂板管理也有著一定的要求，具體內(nèi)容如下：

1）在綜采工作面中，頂板發(fā)生破碎，需行移架，而且必須進(jìn)行及時處理，支護(hù)須提前完成，所支護(hù)的范圍需在頂板破碎段上三個架、下三個架。

2）在綜采工作面中，頂板發(fā)生破碎，支架頂梁前頂板冒落高度＞300mm，須及時行構(gòu)頂，且需要提前建立構(gòu)頂安全技術(shù)措施。

3）若頂幫壓力大時，片幫出現(xiàn)端面距大于規(guī)定值時，須行提前移架。

4）若頂板遇風(fēng)化帶時，則需要另外制定安全技術(shù)措施。

2 頂板事故分類

頂板事故通常按冒頂范圍分為兩類，一是局部冒頂，二是大型冒頂。在3～5支架范圍內(nèi)屬于局部冒頂，一般死傷人數(shù)在1～2人，多在煤壁附近出現(xiàn)該類現(xiàn)象，另外采場兩端、放頂線附近以及地質(zhì)破壞帶附近也有可能出現(xiàn)這種局部冒頂事故。大型冒頂?shù)陌l(fā)生，往往波及范圍較大，且死傷人數(shù)通常在3人以上。在綜采生產(chǎn)過程中，大型冒頂事故發(fā)生的次數(shù)相比低于局部冒頂事故，局部冒頂事故約占采場冒頂事故的70%。因此，局部冒頂危害較大，本文重點(diǎn)研究局部冒頂事故。局部冒頂有三種情況，第一種原因是存在密集裂隙切割使直接頂分割成了游離巖塊。第二種原因是舊頂?shù)氖海罕诋a(chǎn)生片幫，無支護(hù)空間被擴(kuò)大。第三種原因是放頂煤開采，頂煤發(fā)生破碎后游離產(chǎn)生冒頂。

3 局部冒頂事故的致因及防治措施

在煤層中出現(xiàn)多處裂隙相交的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象相互影響,使得直接頂分割成游離巖塊，且容易發(fā)生脫落，經(jīng)采煤機(jī)割煤后，出現(xiàn)落煤，再加之沒有及時進(jìn)行支護(hù)，巖塊游離后容易冒落砸人，局部冒頂事故也由此發(fā)生。局部冒頂?shù)姆乐未胧w納如下。

3.1 采用有效的支護(hù)方式

3.1.1 兩端頭維護(hù)

1）刮板輸送機(jī)機(jī)尾支護(hù)，采用型號為ZYG7600/23/47的掩護(hù)式端頭液壓支架與戴帽單體液壓支柱聯(lián)合支護(hù)的形式，主要是對工作面機(jī)尾端頭進(jìn)行維護(hù)。具體要求數(shù)值為機(jī)尾第1架與煤柱幫距離控制在400～1 000mm。另外，對支設(shè)單排戴帽液壓支柱也有一定要求，比如排距控制在1 200mm，柱距控制在400mm。在機(jī)尾第1架與煤柱幫距離＞1 000 mm時支設(shè)雙排戴帽單體液壓支柱，排距與柱距分別控制為1 200mm與400mm。

2）兩端頭維護(hù)在對刮板輸送機(jī)機(jī)頭支護(hù)時，掩護(hù)式端頭液壓支架與戴帽單體液壓支柱聯(lián)合支護(hù)所用型號同上刮板輸送機(jī)機(jī)尾支護(hù)。機(jī)頭端頭第一架與煤柱幫距離400～1000mm時，支設(shè)單排戴帽液壓支柱控制排距為1 200mm，柱距控制在400mm。支設(shè)雙排戴帽單體液壓支柱則在機(jī)頭端頭第一架與煤柱幫距離＞1 000mm時，排距與柱距分別控制為1 200mm與 400mm[3-4]。

3.1.2 兩巷超前支護(hù)

確定兩巷超前支護(hù)工作范圍，通常按照規(guī)定將工作面煤壁起的20m范圍內(nèi)加之頂板來壓，這一頂板來壓源自巷道，須行加密支護(hù)。

皮帶處的支護(hù)方式為兩排戴帽單體液壓支柱，巷道超前支護(hù)其柱距控制為1.2m，排距控制為3.4m，巷道兩幫與戴帽點(diǎn)柱距控制為0.8m。單體液壓支柱統(tǒng)一打成直線，柱帽為Φ315mm的聚乙烯樹脂。硬連桿連接用于單體支柱之間，防倒鏈連接應(yīng)用于柱頭與柱帽，柱帽專設(shè)的柱爪孔內(nèi)必須全部嵌入柱爪，柱帽和頂網(wǎng)之間需用金屬鏈錨固。工作面支護(hù)布置示意圖，見圖1。

3.2 設(shè)置合理的放頂步距

科學(xué)合理的設(shè)置放頂步距能夠有效預(yù)防冒頂事故的發(fā)生，保證采煤工作面的回采效率，同時對煤礦開采工作人員的人身安全起到保障作用。故合理設(shè)置采煤工作面的放頂步距可以使采空區(qū)的懸掛空間及長度得到保證，減輕工作面頂板承受的壓力，同時也使得懸頂下降的速度加快，有效減少裂縫出現(xiàn)的頻率，避免頂板出現(xiàn)坍塌情況給工作面正常生產(chǎn)帶來不利影響。所以，必須適當(dāng)調(diào)整間距來保證采煤工作面的安全，使頂板的壓力減輕，避免頂板因承受過多壓力造成的冒頂事故。

圖1 18503綜采工作面支護(hù)布置示意圖（mm）

4 發(fā)生冒頂事故區(qū)域采取的措施

在工作面中發(fā)生冒頂事故，工作人員要根據(jù)現(xiàn)場的具體情況立即制定相應(yīng)的措施。一般可通過利用三架一組的方式，將架間距控制在科學(xué)合理的范圍內(nèi)，使其和工作面呈現(xiàn)出特定的方向，同時做好三架抬棚工作。充分發(fā)揮頂板的支護(hù)作用，在頂板穩(wěn)定時鋪設(shè)金屬網(wǎng)加固，并清理相關(guān)雜物。

5 結(jié)語

針對綜采工作面中液壓支護(hù)系統(tǒng)的頂板控制，需要進(jìn)行設(shè)計與調(diào)查，對容易發(fā)生冒頂事故處，可采取多元的方式進(jìn)行支護(hù)，以防止冒頂現(xiàn)象的發(fā)生，保障采煤工人的人身安全，最終實(shí)現(xiàn)綜采的安全高效運(yùn)行目標(biāo)。另外，未來還需不斷加強(qiáng)對綜采工作面中液壓支護(hù)系統(tǒng)頂板控制領(lǐng)域的研究，以期更好服務(wù)于采煤工作[5]。