大倾角综采工作面上端头支护关键技术研究及应用

【摘 要】眾所周知，煤矿开采属于高危行业，而顶板事又属于煤矿“五大灾害”之一，因此煤矿在生产过程中务必要采取有效的支护措施，以防止顶板事故的发生。随着科技水平的不断发展，机械化水平的不断提升，劳动强度不断降低，本文仅对大倾角综采工作面上端头支护技术进行不断进行探索、研究、应用。

【关键词】大倾角;综采;上端头;支护;技术

1 矿井概况

新疆昌吉州玛纳斯县天欣煤业有限公司煤矿（以下简称天欣煤矿）属于改扩建矿井，设计生产能力0.9Mt/a。天欣煤矿井田范围内地质构造简单，岩层呈单斜状产出，走向北西西～南东东，煤岩倾角29°～32°，东陡西缓。井田内煤岩层赋存稳定，地质构造不发育。矿井为低瓦斯矿井，煤层自燃倾向性为Ⅱ级，属于自燃煤层，煤尘具有爆炸性。

2 综采工作面概况

天欣煤矿首采工作面位于B13煤层西翼，工作面名称为1E1302综采工作面，走向长度为1024m，倾斜长度为80-165m，煤层平均煤厚为4.3m，平均倾角为31°。该工作面采用走向长壁后退式综合机械化采煤工艺，一次采全高，采煤机进刀方式为机尾留三角煤斜切进刀。割煤方式为单向下行割煤。采空区顶板管理方法为全部垮落法。工作面配备MG400/970-WD型采煤机，SGZ764/500型刮板输送机，ZY6800/21/45型液压支架。上顺槽使用ZQL2×5000/22/45型超前液压支架，上下端头分别使用ZYG6800/21/45型过渡液压支架，同时下端头使用2架ZT14500/21/40Z端头液压支架。

3 上端头支护过程中出现的问题及解决方案

3.1支护过程中出现的问题

1E1302工作面上端头采用ZYG6800/21/45型过液压支架支护顶板，为了确保安全，矿井规定上端头液压支架顶梁与煤墙距离超过0.5m后采用单体液压支柱配合π型梁对棚支护。由于回采工作面倾斜长度随回采进度将有所变化，端头处液压支架距煤墙距离将随之变化，需要及时增减对棚数量，且由于倾斜煤层端头处巷道高度为4.3m，施工期间需要梯子、安全带等设施辅助前移π型梁，频繁使用对棚支护，施工难度大，劳动强度高。严重制约工作面安全、高效生产。

3.2 解决方案

经矿井技术人员现场跟班写实，结合矿井煤层大倾角原因，由于煤层起伏变化及工作面支架上窜下滑，致使综采工作面上端头液压支架距煤壁距离不固定，需及时调整支护数量和支护宽度以满足上端头支护安全可靠。经矿井技术人员反复研究、探讨，并通过理论计算与郑煤机厂家交换意见，最终在1E1302综采工作面上端头采用护板装置进行支护，护板装置分两级支护，可根据上端头宽度变化及时调整支护宽度，对顶板进行支护。护板装置由液压系统操作，人员可在液压支架范围内实施，提高了安全系数，确保顶板支护安全。

4 理论计算验证

4.1工作面顶板压力计算

4.1.1 伪顶一次冒落高度计算：H=M/（Rp-1）=0.6/（1.35-1）=1.72m式中：H --伪顶一次冒落高度m M --伪顶厚度m Rp--岩石膨胀系数取1.35

4.1.2 工作面顶板压力计算：

P=H×D×L×Y×1.5=1.72×5.1×1.8×2.5×1.5 =59.2t

式中：P--工作面顶板压力t D--工作面最大控顶距5.1m

H--伪顶一次冒落高度m Y--岩石空重取2.5 1.5--动压系数

L--侧护板到煤墙距离 a--煤层底板倾角

4.1.3 每平方米理论压力计算：P理=P/s=59.2÷（3.7×1.5）=10.6t

式中：P理--每平方米理论压力t/m2 P--工作面顶板压力t

S--最大控顶距时顶板总面积m2

4.2 护板装置支护顶板计算

4.2.1 当护板处于一级护顶时：

护板装置支撑的力为5t。（参数来自厂家技术人员提供）

护板装置支护顶板面积：1.5×3.7=5.55m2

上端头护板顶板压力计算：5.55×10.6=58.9t

上端头共计使用10根单体柱，其中切顶柱打设4根单体柱（柱压11.5MPa），护板下方打设4根单体柱（柱压4-6MPa），护板与4号超前架护板处打设2根单体柱。

护板下方单体柱4×4=16t 6×9=54t 16+54+5=75t

上端头顶板压力与支护设计材料压力对比：75t>58.9t

单体液压支柱每根柱压不小于4MPa，同时考虑到护板装置钢板材质受力要求和油缸抗拉强度，单体液压支柱每根柱压最大不得超过6MPa。

当护板装置全部支撑时，一级侧帮板和二级侧帮板下方需各打设2根单体柱支护，柱压4-6MPa。

4.2.2 当护板处于二级护顶时：

护板装置支撑的力为7t。（参数来自厂家技术人员提供）

一级护板支护顶板面积：1×3.7=3.7m2

上端头护板顶板压力计算：3.7×10.6=39.3t

使用2根单体液压支柱：4×2=8t 6×9=54t 7+8+54=69t

上端头顶板压力与支护设计材料压力对比：69t>39.3t

单体液压支柱每根柱压不小于4MPa，同时考虑到护板装置钢板材质受力要求和油缸抗拉强度，单体柱每根柱压最大不得超过6MPa。

当护板装置一级侧帮板支撑时，一级侧帮板下方需打设2根单体柱支护，柱压4-6MPa。

5 护板装置支护上端头的安全效益和经济效益

5.1 安全效益

1E1302综采工作面上端头采用护板装置进行支护，护板装置分两级支护，可根据上端头宽度变化及时调整支护宽度，减少使用π型梁支护。护板装置使用后，单体液压支柱使用数量明显下降，原单体液压支柱使用数量最少为21根，现正常使用数量为10根，极大的减少了使用数量，有效提高了安全系数，较小劳动强度。确保了工作面上端头安全出口空间，有效提高了工作面的安全避灾能力。工作面上端头工作巷道高度高，π型梁支护期间，需搭设架子进行π型梁前移支护，施工难度大，安全系数低，施工时间长，制约回采进度;更换护板装置后，取消了π型梁，有效提高了施工安全和施工效率。

5.2 经济效益

护板装置由液压系统操作，人员可在液压支架范围内实施，实现了机械化操作，提高了安全系数，在施工工程中有效减少施工人员数量，人员数量由原来的7人减少至3人，每月减少人员工资支出约4万元。

6 结束语

大倾角综采工作面上端头支护关键技术通过对支架侧护板进行改造，增加一级和二级护板对上端头支架与煤墙超宽段进行支护。该护板可以适应上端头支架顶梁与煤墙之间的变化距离，有效替代传统的π型梁配合单体柱使用对棚支护，不但满足支护强度，而且大大降低了劳动强度，提高支护效率，消除了人员操作

π型梁可能带来的安全风险，保障了上端头支护的安全性和可靠性。

参考文献：

[1]赵晨光.大倾角综采工作面开采技术探析[J].能源与节能，2015，（4）.

作者简介：

吴金锁（1988-），男，甘肃庄浪人，本科学历，采矿工程专业，现在玛纳斯县天欣煤业有限公司从事煤矿开采技术工作。

（作者单位：新疆玛纳斯县天欣煤业有限公司）