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大采高仰采工作面冒頂壓架治理技術(shù)

文檔作者：劉振明1,2 文檔來(lái)源： 1．河南理工大學(xué) 2．山西霍爾辛赫煤業(yè)有限責(zé)任公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年11月28日
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收稿日期:2016-10-12 作者簡(jiǎn)介:劉振明(1977 － )，男，山西長(zhǎng)子人，工程師，從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)管理工作。
doi:10． 3969/ j． issn． 1005 －2798． 2016． 11． 06
大采高仰采工作面冒頂壓架治理技術(shù)
劉振明1,2
(1． 河南理工大學(xué)，河南焦作 ４5４000;2． 山西霍爾辛赫煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西長(zhǎng)治 0４6600)
摘 要:為解決大采高仰采工作面由于冒頂壓架導(dǎo)致的采煤機(jī)大量割底問題，分析了事故發(fā)生原因和應(yīng)采
取的對(duì)策，通過架前開擴(kuò)幫巷、人工提溜等辦法使支架逐漸接頂，恢復(fù)了正常生產(chǎn)，降低了化學(xué)注漿成本，
形成了一套擴(kuò)幫巷分次施工與支護(hù)工藝。
關(guān)鍵詞:大采高仰采;片幫冒頂;壓架;架前擴(kuò)幫
中圖分類號(hào):TD327． 2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1005-2798(2016)11-0019-03
Treatment Technology of Roof Falling and Support Crushing
in Up － dip Face with Large Mining Height
ＬIU Zhen-ming1，2
(1. Henan Polytechnic University，Jiaozuo ４5４000，China; 2. Shanxi Huoerxinhe Coal Mining Co. ，Ltd. ，Changzhi 0４6000，China)
Abstract:In order to solve the problem of shearer cutting bottom heavily because of roof falling and support crushing in up － dip face
with large mining height，and the cause of the accident and reasonable countermeasures are analyzed． Through some way like tunneling
face － expansion roadway in front of the supports and uplifting scraper conveyor by artificial，the hydraulic supports contacted the roof
gradually ，and normal production of workface was resumed． Meanwhile，the chemical grouting costs was reduced，and the technique for
sub construction and support of face － expansion roadway was formed．
Keywords:up － dip face with large mining height;spalling and falling; support crushing; face － expansion
大采高綜采工作面由于采高的加大，導(dǎo)致片幫
冒頂事故頻繁發(fā)生，尤其是在松軟煤層、破碎頂板、
過斷層等地質(zhì)破碎帶以及仰斜開采等特殊條件下，
該問題變得更為突出，成為影響大采高綜采工作面
安全高效生產(chǎn)的主要因素[1 －3] 。片冒事故常見的治
理辦法主要有注漿加固、架棚支護(hù)、木垛或化學(xué)材料
充填、錨桿(索)支護(hù)等[４ －6] ，但以上方法或代價(jià)高
昂，或效率低下、存在安全隱患，且多是針對(duì)某一特
定片冒類型而采用，具有局限性。隨著復(fù)雜地質(zhì)條
件下大采高綜采運(yùn)用案例的增多，探索一種安全、經(jīng)
濟(jì)、高效的片幫冒頂治理技術(shù)變得更為緊迫。值得
注意的是，不僅是破碎軟弱頂板容易引發(fā)冒頂事故，
在一定條件下，較為堅(jiān)硬頂板也會(huì)由片幫誘發(fā)冒頂
事故，且由于來(lái)壓強(qiáng)烈、冒頂塊度大，還可能會(huì)引發(fā)
壓架事故[7] ，這將進(jìn)一步加大事故處理的難度。本
文以霍爾辛赫礦為例，介紹一種大采高仰采工作面
冒頂壓架治理技術(shù)。
1 工作面概況
霍爾辛赫3210 大采高工作面煤層厚度為5 ~
6 m，平均為5． 5 m， 工作面長(zhǎng)220 m， 推進(jìn)長(zhǎng)度
1 776 m，工作面沿傾斜布置，整體為仰采，切眼前方
100 m 坡度達(dá)到15 ~20°。煤層局部含有軟分層，普
氏系數(shù)f =0． 17 ~1，由于軟分層強(qiáng)度較低，在大角度
仰采時(shí)煤壁易發(fā)生自重滑落式片幫。工作面直接頂
為中砂巖， 為2 類中等穩(wěn)定頂板， 厚度平均為
6． 17 m，巖性表現(xiàn)為脆性，且裂隙較為發(fā)育，能夠及
時(shí)垮落;老頂為K2 灰?guī)r，為Ⅱ級(jí)老頂來(lái)壓明顯頂板，
厚度為5． 07 ~6． 98 m。
2 冒頂壓架成因與治理對(duì)策
由于老頂堅(jiān)硬，在發(fā)生初次和周期性斷裂時(shí)工
作面來(lái)壓強(qiáng)烈，而煤層中的軟分層抗壓能力很低，在
工作面來(lái)壓期間發(fā)生片幫冒頂?shù)目赡苄赃M(jìn)一步增
19
成果應(yīng)用 總第207 期
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
大。工作面在初采期間，煤壁局部就發(fā)生嚴(yán)重片幫，
片幫最大深度在3 m 以上，并引發(fā)小范圍的冒頂。
由于大角度仰采設(shè)備的不適應(yīng)以及片幫冒頂?shù)挠?
響，工作面推進(jìn)速度緩慢，這又在一定程度上加劇了
工作面礦壓顯現(xiàn)。在向前推進(jìn)約30 m 后，工作面老
頂初次來(lái)壓，并引發(fā)大面積冒頂，其中20 ~ 60 號(hào)支
架范圍內(nèi)冒頂嚴(yán)重，且冒落巖塊多為尺寸在1 m 以
上的大塊巖石，導(dǎo)致支架壓死，為此采用采煤機(jī)臥底
方式試圖將被壓支架拉出。在此期間，工作面通過
注漿加固來(lái)加固煤壁、防止片幫。由于冒頂壓架的
持續(xù)，采煤機(jī)割底量不斷加大，最大割底量達(dá)到４ m
以上，平均割底量為3 m 左右，割底的范圍為機(jī)頭至
97 號(hào)支架。
由于軟分層的極軟弱特性，頂煤難以維護(hù)，如何
減少割底、快速接頂是工作面恢復(fù)正常生產(chǎn)的關(guān)鍵。
常規(guī)的處理方式是在推進(jìn)過程中逐漸抬升采煤機(jī)滾
筒，使刮板輸送機(jī)和支架拉移時(shí)緩慢爬升，俗稱提
溜，來(lái)逐步使支架接頂。但在此過程中必須依靠不
斷注漿來(lái)遏制工作面片幫冒頂惡化，且推進(jìn)速度緩
慢，該方法投入大，效果不很理想。為此，霍爾辛赫
礦探索嘗試采用架前開擴(kuò)幫巷的方法來(lái)渡過冒頂壓
架區(qū)域，以最大程度地減少工作面注漿量。
3 架前擴(kuò)幫施工可行性分析
根據(jù)以往松軟煤層大采高仰采的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，頂
煤越薄越容易發(fā)生垮落，難以留住。當(dāng)松軟頂煤的
厚度小于2 m 時(shí)，頂煤發(fā)生垮落的可能性增大。此
時(shí)若再繼續(xù)單純采用提溜子的方式來(lái)使支架接頂，
頂板和頂煤的控制難度將越來(lái)越大，且隨著煤壁揭
露高度的增大，發(fā)生煤壁片幫的幾率也同時(shí)增大。
另外，在提溜過程中為防止煤壁片幫，要對(duì)煤壁進(jìn)行
大量注漿加固，其耗費(fèi)成本將十分巨大。因此綜合
以上考慮，決定在頂煤厚度剩余約2 m、割底量約
1． 5 m時(shí)，于工作面架前開掘擴(kuò)幫巷道，巷道沿頂板
掘進(jìn)，并對(duì)頂板進(jìn)行多手段聯(lián)合支護(hù)。
該技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)在于:超前冒頂區(qū)域頂板得
到有效控制，工作面液壓支架拉移后可確保接頂，主
動(dòng)支護(hù)效率得以發(fā)揮，架前發(fā)生冒頂?shù)膸茁蚀蟠蠼?
低，爬坡推進(jìn)的速度也將明顯加快，降低頂板充分下
沉、壓力長(zhǎng)時(shí)間作用帶來(lái)的漏頂范圍蔓延幾率;另
外，由于巷幫煤壁一次性揭露的高度較小，并在掘進(jìn)
過程中得到及時(shí)支護(hù)或加固，煤壁發(fā)生片幫的危險(xiǎn)
性也大大降低;且后續(xù)整個(gè)爬坡接頂過程中幾乎不
再需要注化學(xué)漿加固煤體，也可大幅度降低化學(xué)注
漿的費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益將十分顯著?？梢娫摷夹g(shù)方案
優(yōu)勢(shì)明顯，效果有保障，具有很好的可行性。巷道施
工完成后用采煤機(jī)割底煤和底板，再通過人工提溜
子小臺(tái)階爬坡式推進(jìn)。
４ 架前擴(kuò)幫治理冒頂壓架工藝流程
４． 1 擴(kuò)幫巷分次施工與支護(hù)
擴(kuò)幫巷采用打眼放炮方式施工，從機(jī)頭一側(cè)開
始，沿工作面傾向向機(jī)尾一側(cè)掘進(jìn)。巷道沿頂板掘
進(jìn)，為便于頂板支護(hù)，巷道高度與運(yùn)輸巷一致，定為
3． 5 m。在擴(kuò)幫巷形成之后借助人工提溜小臺(tái)階抬
升底板的方式推進(jìn)，每次人工提溜的高度為0． 2 m，
而工作面過擴(kuò)幫巷前割底板的總厚度為1． 5 m，需
連續(xù)推進(jìn)8 刀才能將工作面抬升至底板之上，而采
煤機(jī)每刀的循環(huán)進(jìn)尺量為0． 8 m，因此擴(kuò)幫巷所需
總寬度為6． ４ m。由于擴(kuò)幫巷的跨度較大，因此分
兩次成巷，每次掘進(jìn)寬度為3． 2 m。根據(jù)工作面割
底的范圍，擴(kuò)幫巷需施工到90 號(hào)支架附近，長(zhǎng)度約
135 m。
擴(kuò)幫巷掘進(jìn)施工的工藝流程如下:打眼放炮—
敲幫問頂—鋪、聯(lián)頂網(wǎng)—點(diǎn)柱臨時(shí)支護(hù)、上鋼筋梯子
梁—聯(lián)頂網(wǎng)—翻煤—打頂錨索—刷幫、掛幫網(wǎng)、注
漿、打幫錨桿(錨索)—出煤—單體柱支護(hù)。
頂板采用錨索網(wǎng)支護(hù)，頂錨索在臨時(shí)支護(hù)下垂
直頂板打設(shè)，間排距為1 000 mm ×1 000 mm，錨索采
用D18． 9 mm × 7 300 mm 鋼絞線， 鉆孔孔深為
7． 0 m，每孔采用1 支(CK + Z)2360 和2 支Z2360 樹
脂藥卷錨固。
工作面打完頂錨索后，從上而下人工刨煤刷幫，
刷到實(shí)煤體，刷幫厚度250 mm，實(shí)體煤一側(cè)巷幫鋪
設(shè)塑料雙抗網(wǎng)，支架上方頂煤側(cè)巷幫鋪設(shè)金屬網(wǎng)，并
將支架上方頂網(wǎng)與巷道頂、幫網(wǎng)對(duì)接聯(lián)好。受采動(dòng)
影響，支架上方頂煤已呈破碎狀態(tài)，采取注漿加固，
鉆孔布置在頂煤中央或略向下，角度近似水平或略
帶仰角，方位角為４5°偏向機(jī)尾一側(cè)，孔深以見頂板
為宜，鉆孔間距為3 m，然后在支架上方頂煤中央打
設(shè)一根7． 0 m 長(zhǎng)錨索，錨索鉆孔角度參數(shù)與注漿鉆
孔參數(shù)相同。實(shí)體煤側(cè)采用D22 mm ×2 000 mm 玻
璃鋼錨桿支護(hù)，錨桿間排距為800 mm ×1 000 mm。
巷道每掘進(jìn)４ m，采用單體柱和工字鋼或π 型
梁，以“一梁兩柱”形式沿工作面傾向布置3 排單體
柱加強(qiáng)支護(hù)， 單體柱的間排距為2 000 mm ×
800 mm，如圖1 所示。
４． 2 人工提溜通過擴(kuò)幫巷
當(dāng)?shù)谝淮螖U(kuò)幫巷施工完畢后，采用采煤機(jī)割底
煤和底板，如圖2 所示，每刀提升約0． 2 m，并在每次
割煤前將前方一排單體柱卸下。在采煤機(jī)通過后順
序移架，每割兩刀煤在支架前端上部空頂位置用木
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2016 年11 月 劉振明:大采高仰采工作面冒頂壓架治理技術(shù) 第25 卷第11 期
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
垛或板梁進(jìn)行填實(shí)，并將支架升緊，使支架前端切實(shí)
接頂。移架采用帶壓移架方式，若支架拉移困難，可
采用在臺(tái)階下墊木板緩慢過渡，或用單體柱支撐輔
助拉架。移架后采用人工提溜子方式將刮板輸送機(jī)
分段抬升至臺(tái)階上。
圖1 一次擴(kuò)幫巷斷面支護(hù)(mm)
圖2 人工提溜通過一次擴(kuò)幫巷示意(mm)
在連續(xù)推進(jìn)４ 刀后，支架前端到達(dá)一次擴(kuò)幫巷
的巷幫位置，工作面停止推進(jìn)，并嚴(yán)格檢查支架支護(hù)
質(zhì)量，確保木垛背實(shí)、支架升緊，之后開始二次擴(kuò)幫
巷的掘進(jìn)與支護(hù)，其過程與一次擴(kuò)幫巷的施工基本
相同。二次擴(kuò)幫巷施工完成后采用人工提溜方式通
過擴(kuò)幫巷。在推進(jìn)４ 刀后，支架接頂接底，成功渡過
冒頂壓架區(qū)，工作面恢復(fù)正常生產(chǎn)，如圖3 所示。
圖3 人工提溜通過二次擴(kuò)幫巷示意(mm)
5 結(jié) 語(yǔ)
自掘進(jìn)擴(kuò)幫巷到工作面支架完全接頂接底，恢
復(fù)正常生產(chǎn)，共用時(shí)約18 d，節(jié)省注漿材料約75t，節(jié)
約成本約200 萬(wàn)元，且由于縮減了事故處理時(shí)間，保
證了冒頂壓架處理期間的作業(yè)安全，該技術(shù)創(chuàng)造的
間接經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益也十分可觀，并為其他礦
井類似事故的處理提供了借鑒。
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[責(zé)任編輯:王偉瑾]
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萬(wàn)方數(shù)據(jù)

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