複雜地質條件煤層頂板控製技術

石永奎1 邸建友2
（ 1.山東 科技大學 礦山災害預防控製省部共建教育部重點實驗室，山東 青島 266510； 2.新汶礦業集團公司，山東 泰安 271000）
摘要：在複雜地質條件下，選用輕型綜放置家對傳統的高檔回采工藝進行了改革，有效地控製了頂板；通過加強科學 管理，解決了過斷層等頂板控製技術難題，取得了較好的技術經濟效益。
關鍵詞：複雜地質條件 輕型支架 頂板控製
中國分類號：TD355 文獻標識碼 ：B
1概述
翟鎮 煤礦是1993年投產的現代化礦井， 設計生產能力120萬t，2002年為225萬t。目前為單水平單翼開采，4個生產采區，4個采煤隊，全部為高檔普采，支護方式為單體支柱加金屬鉸接頂梁聯合支護。主采4層煤，平均厚度在2.8m左右，厚度變化較大。由於支柱的工作行程不能適應煤層厚度的變化，造成煤炭資源的浪費；由於活柱伸出量大，造成支護穩定性差，工作麵 安全得不到保證；由於人工支柱、回柱，工人勞動強度高，勞動量大。基於上述原因，在充分 03manbetx 論證的基礎上，采用輕型掩護式支架對回采工藝進行了改革，取得了較好的技術經濟效益。
2可行性 03manbetx
2.1煤層條件
主采煤層為2#, 4#煤層，基本條件如下：2＃煤，厚0~4.24 m，平均厚度1.97 m,目前開采區域厚度為1.5~2.5 m，複合頂板。直接頂厚度 0.1~1.3 m，主要為灰黑色泥質粉砂岩，極易冒落，頂板 管理難度大；老頂為灰白色較堅硬的中細砂岩，厚度1.5-10 m。底板為粉砂岩與泥岩互層，厚度4 m,受壓時極易出現底板變形，造成支柱鑽底，從而影響工作麵的支護質量。煤層傾角一般不大於25度。
4#煤,厚度0~3.81 m,平均厚度2.6 m,為複合頂板。開采中頂板極難控製，頂板 管理難度大。底板一般為粘土岩，極易出現支柱鑽底。煤層傾角 一般不大於25度。落差在3m以內的斷層及破碎帶分布較多。
通過對已經成功使用輕型掩護支架的峰峰礦務局新三礦的調研 03manbetx 可知，我礦2#、4#煤層的賦存條件與新三礦3#煤層有較多的相似之處，與支架所要求的煤層條件基本適應。在2#煤目前開采區域厚度為1.5-2.5m的條件下，采用輕型支架一次采全高技術，由於支架的工作阻力大而對底板的比壓小，可以解決複合頂板的 管理難度大和鬆軟底板支柱鑽底的問題。當煤層厚度增大符合放頂煤開采條件時，再同時實施放頂煤。4#煤目前厚度為2.5-3.2m.也可采用輕型綜放支架一次采全高或實施放頂煤開采，既能解決複合頂板管理難度大和鬆軟底板的支柱鑽底問題，保證較好的支護效果。又能降低工人勞動強度大，提高煤炭資源回收率。
2.2井巷與裝備條件
目前的高檔普采工作麵，生產設備能力較大，煤機、泵站、轉載機、皮帶等運輸設備基本上可以配套使用。主要開拓及準備巷道都是按照綜采要求 設計的，能夠滿足輕放支架運輸要求：局部回采巷
道受礦壓影響變形較大的區段適當擴修後也能滿足要求。
2.3頂板條件
礦壓觀測結果表明，我礦4#煤層工作麵直接頂初次垮落步距為9-13 m,屬於2類中等穩定頂板；基本頂初次來莊步距為22 m。基本頂初次來壓當量為：
Pe＝241.31n(Lf）一15.5N＋52.6hm
式中Pe—基本頂初次來壓當量，kN/m2;
Lf——基本頂初次來壓步距，m;
N——直接頂充填係數，N= hi/hm;
hm—煤層采高，m;
hi—直接頂厚度，取實測值4.5 m。
將實測參數代入上式，有：
Pe＝873.75 kN/m2
由於Pe<895,所以工作麵基本頂屬於I級，來壓不明顯。
資料表明，目前國內使用的所有輕型支架，都能適應我礦的煤層頂板條件。
3設備選型
輕型綜放支架主要有ZFZ2000/15/23、ZY2400/14/30、ZFQ2000/16/24、ZFQ2400/16/24、ZFQ2500/16/24等型號。經過 03manbetx 論證，最終選定ZY2400/14/30型。支架的主要技術參數為：支架型式：兩柱掩護式液壓支架；
高度（最低/最高）：1400/3000mm；
寬度（最小/最大）：1410/1580mm；
中心距：1500 mm;
初撐力(P＝31.4 MPa)：1856~2050 kN；
工作阻力(P=38.2 MPa): 2295~2481 kN;
對底板比壓（前端值）：0.23~0.71 MPa;
支護強度：0.486~0.542 MPa（泵站壓力：31.4MPa)。
4關鍵技術
井田內落差小於3.0 m的斷層比較發育。如果采用傳統的搬家或平推硬過的方式，搬家的工作量一般都較大，搬家時間長。由於在斷層處層理、節理、裂隙發育，頂板整體完整性差，造成支護困難，經常出現頂板沿斷層處整體冒落現象。為保證綜采工作麵的正常推進，減少工作麵過斷層的難度，降低過斷層時危險係數，我們提出了“斷層預處理技術”，實現了在斷裂構造極為發育的複雜地質條件下，工作麵無矸石快速通過斷層，從而保證了綜采工作麵的高產高效。
4.1斷層產狀的準確判斷
為了實現對斷層全岩部分的預處理，查明斷層的產狀是關鍵。我們應用槽波地震勘探等先進的探測技術，在開采前對工作麵的地質條件特別是落差小於等於煤層厚度的斷層進行了準確快速的超前探測，取得了非常好的效果。該技術探測斷層準確、可靠，基本滿足了生產要求。
4.2斷層預處理
斷層位置探明後，采用在斷層處預掘巷道的技術對斷層進行處理。預掘巷道斷麵采用半圓弧型布置，以擴大巷道跨度，盡量將斷層的岩石部分提前處理掉。當預掘巷道完成後，工作麵過斷層就變成了過老巷，當工作麵距老巷50 m時，在老巷內提前支設單體液壓支柱以加強支護，在工作麵推進到老巷時用單體液壓支柱將原支護替出，這樣工作麵就可以不再對斷層岩石進行處理，實現采煤工作麵無研石快速通過斷層。由於斷層處頂板壓力較大，采用錨杆索支護方式作為預掘巷道的基本支護，在巷道進入支承壓力高峰區時采用架棚加強支護，保證了巷道的 安全。
5結束語
采用新工藝後，徹底解決了複合頂板壓力大、支柱鑽底等問題，從根本上解決了工作麵的頂板控製問題，保證了工作麵的 安全。降低了工人勞動強度，提高了工作麵生產效率。同時每年產生的經濟效益為1394.89萬元。