采煤工作面頂板控制

采煤工作面頂板控制

生產(chǎn)技術部回采室2016-4學習流程

了解頂板事故概況熟悉我礦頂?shù)装逄匦哉莆掌扑轫敯蹇刂萍夹g我礦液壓支架特性及維護采煤工作面頂板控制

§2、我礦在采工作面煤層頂?shù)装甯艣r§3、采煤工作面破碎頂板控制§1、煤業(yè)公司十年來頂板事故概況§4、我礦液壓支架特性、使用及維護§1、煤業(yè)公司十年來頂板事故概況一、死亡事故統(tǒng)計分析

§1、煤業(yè)公司十年來頂板事故概況

煤業(yè)公司2002年10月成立以來至2012年的十年時間，共發(fā)生生產(chǎn)死亡事故56起，死亡56人。其中企業(yè)死亡4人，計入百萬噸的煤炭生產(chǎn)死亡52人。56起死亡事故中，基本上都是以運輸、頂板等零打碎敲的事故。運輸事故最多，達27起（主要是軌道運輸和輔助運輸），其次是頂板事故19起。

1.1煤業(yè)公司十年來頂板事故概況

十年間，頂板事故最多的是趙各莊礦共8起，其次是林西礦4起，東歡礦3起，唐山礦2起，荊礦、錢礦分別為1起。§1、煤業(yè)公司十年來頂板事故概況二、重傷事故統(tǒng)計分析

煤業(yè)公司成立以來至2012年7月底共發(fā)生55起重傷事故，重傷56人，55起重傷事故中，發(fā)生最多的是林西礦共15起?！?、煤業(yè)公司十年來頂板事故概況按事故類別分析在55起重傷事故中，運輸事故最多，共27起，占事故總量的49.1%；其次為頂板事故9起，占事故總量的16.4%。

在9起頂板重傷事故中,林西礦有5起,占55.5%?！?、煤業(yè)公司十年來頂板事故概況三、事故啟發(fā)

1、發(fā)生頂板事故的主要原因不是來自客觀方面（諸如環(huán)境、意外等），而是絕大部分是人為造成！

2、頂板事故發(fā)生在林西礦不是具有煤礦的普遍問題，其實在其它礦區(qū)，頂板事故早已是個極其罕見的現(xiàn)象。

3、經(jīng)過許多頂板事故分析表明，大部分頂板事故是可以避免的，按我們目前的防治能力和技術水平，只要把防范措施落實到位，頂板事故是能夠避免的。4、我們應該加強頂板管理知識學習，為頂板安全管理貢獻一份力?！?、煤業(yè)公司十年來頂板事故概況§2、我礦在采工作面煤層頂?shù)装甯艣r我礦在采煤層主要有以下煤層：8煤層9煤層12煤層2.1我礦在采煤層頂?shù)装逄匦?/p>

一、8煤層頂?shù)装逯苯禹敚阂话銥榛液?、灰色中細砂巖，局部為礫巖。巖石成分主要為長石、石英、燧石及其它黑色礦物，泥質膠結、厚度一般在1.0～3.0m，頂板遇水易風化膨脹。底板：為黑色泥巖，塊狀，植物根化石發(fā)育，厚0.6～1.5m。老底為灰黑色細砂巖，塊狀，成份以石英為主，厚1.7～6.0m。直接頂巖性較完整，RQD值=1.60/1.98=80.8%；底板的RQD值=1.50/2.00=75.0%；頂板和底板質量都比較好。從巖石力學物理試驗看：頂板質量較差，抗壓強度在27.3～48.0MPa之間，硬度系數(shù)在2.7～4.8之間；底板的強度中等，抗壓強度在46.5～77.5MPa之間，硬度系數(shù)在4.7～7.7之間?！?、我礦在采工作面煤層頂?shù)装甯艣r2.1我礦在采煤層頂?shù)装逄匦远?煤層頂?shù)装逯苯禹斠话銥楹诨疑毶皫r，由于顏色深淺和粒度粗細相間，呈明顯水平薄層理，巖石粒度沿走向有明顯變化，在井口及九水平東部多為含礫的粗砂巖，分選性差，往西逐漸變細，分選較好，形成層理，為層狀細砂巖或層狀粉砂巖、泥巖。該頂板厚度一般為2.0～7.0m。底板為黑灰色粉砂質泥巖，團塊結構，含較多的植物根化石，厚0.5m～1.0m，以下老底為層狀粉砂巖，局部為層狀細砂巖，較硬。直接頂巖性較破碎，RQD值=1.20/2.90=41.4%；底板的RQD值=0.90/1.00=90.0%。從巖石力學物理試驗看：頂板抗壓強度在26.0～39.7MPa之間，硬度系數(shù)在2.6～4.0之間；底板的強度中等，抗壓強度在50.4～73.1MPa之間，硬度系數(shù)在5.0～7.3之間?！?、我礦在采工作面煤層頂?shù)装甯艣r2.1我礦在采煤層頂?shù)装逄匦匀?2煤層頂?shù)装逯苯禹敒楹谏抠|泥巖，細膩，巖性均一，結構致密，黑褐色條痕，貝殼狀斷口，性脆，易碎，厚度2.0～3.0m，為林西礦較好標志層。屬不穩(wěn)定性圍巖，變形量大。底板為灰黑色粉砂質泥巖，巖性均一，結構致密，含較多植物根部化石，厚1.5m左右。直接頂巖性較完整，為泥巖，其RQD值=0.50/0.79=63.3%；底板其RQD值=0.40/0.60=66.6%；頂板和底板質量都比較好。從巖石力學物理試驗看：頂板質量較差，抗壓強度在18.6～27.8MPa之間，硬度系數(shù)在1.9～3.6之間；底板的強度較高，抗壓強度在41.2～70.7MPa之間，硬度系數(shù)在4.1～7.1之間?！?、我礦在采工作面煤層頂?shù)装甯艣r2.2在采9煤層頂?shù)装甯艣r以1891中工作面煤層頂?shù)装迩闆r為例：名稱巖名厚度/m抗壓強度/MPa特征管理重點老頂粉砂巖7.80～8.30

褐灰色，以石英長石為主，粒度漸細，顏色深淺間呈水平層理。1.該工作面為分層開采下分層，因再生頂板膠結較差，頂板破碎時，要及時加打特殊支護，插嚴背實，嚴禁空頂作業(yè)，避免發(fā)生冒頂及劈幫傷人現(xiàn)象。2.該工作面壓力較大。應提前做好上風、下運的超前支護工作。8.05

直接頂/局部為再生頂板細砂巖0.50～3.3073灰白色、層狀構造具微細層理、泥質膠結、遇水易風化變軟。1.90

直接底泥巖0.5～1.671黑色，塊狀易碎，富含植物化石。1.05

老底細砂巖4.0～6.20

灰黑色～灰白色，以長石石英為主，顆粒粗糙，分選性較差，含黑色碳膜較硬。5.10

§2、我礦在采工作面煤層頂?shù)装甯艣r2.3在采12煤層頂?shù)装甯艣r以0921-1工作面煤層頂?shù)装迩闆r為例：名稱巖名厚度/m抗壓強度/MPa巖性特征管理重點老頂泥巖1.88～3.67黑色，結構致密，白色條痕，有明顯水平層理，含植物根化石及泥質結核。該工作面直接頂板為炭質泥巖，酥脆易碎，不易維護。回采時應加強頂板管理，遇斷層及巖漿巖時應提前制定好相應的安全措施，并認真落實執(zhí)行。頂板破碎時應插嚴背實，嚴禁空頂作業(yè)，避免發(fā)生冒頂及劈幫傷人現(xiàn)象。2.78直接頂炭質泥巖2.44～2.6721黑色，腐泥質膠結，結構細膩，貝殼狀斷口，黑色條痕，油脂光澤。2.56直接底粉砂巖2.46～5.2055黑-黑灰色，主要成份為砂質炭質，結構致密，有明顯層理，含有黃鐵礦及植物根化石。3.83老底細砂巖0.82～1.70黑灰色，結構致密，有明顯層理。1.26§2、我礦在采工作面煤層頂?shù)装甯艣r2.4頂板概況

經(jīng)過以上概況了解，目前，林西礦的回采工作面主要布置在9、12煤層中，所采的9煤層工作面為再生頂板，12煤層頂板為泥巖或砂泥巖，易破碎，穩(wěn)定性差。且受各種條件影響，多為孤島工作面，頂板壓力大，工作面頂板普遍破碎。§2、我礦在采工作面煤層頂?shù)装甯艣r§3、采煤工作面破碎頂板控制隨著林西礦的開采年限的不斷延長，面臨著開采深度大、地質條件復雜、工作面壓力大等各種因素影響，所布置的各個工作面均有頂板破碎的現(xiàn)象。采煤工作面破碎頂板，支架梁前端冒頂是影響安全及生產(chǎn)效率的常見問題，采取相應措施，加強頂板控制，降低冒頂事故，是實現(xiàn)安全高產(chǎn)高效重要基礎。

§3、采煤工作面破碎頂板控制§3、采煤工作面破碎頂板控制綜采工作面頂板控制的關鍵是支架梁前端頂板的維護與控制，因為支架梁前端頂板基本屬無支護區(qū)，是工作面頂板控制的最薄弱環(huán)節(jié)，找出控制方法，對安全生產(chǎn)有重大意義?！?、采煤工作面破碎頂板控制§3、采煤工作面破碎頂板控制3.1支架梁前端冒頂?shù)囊蛩匾?、地質因素煤與圍巖的強度、節(jié)理、裂隙、斷層、褶曲等地質構造是影響頂板穩(wěn)定與否的內因；通常煤、巖層強度低，層理、裂隙發(fā)育，斷層構造帶是造成頂板巖層破碎易冒的重要因素。隨工作面開采，煤層與圍巖相對穩(wěn)定的力學結構遭到破壞，頂板巖層應力通過煤層釋放給底板巖層，若煤層強度低、易碎，順板巖層應力無法或完全釋放到底板巖層，從而導致頂板破碎。巖層的層理、裂隙是決定巖體強度的重要特征，層理、裂隙越發(fā)育，巖性越弱，強度越低，頂板巖層也越易冒落。斷層、褶曲等地質構造帶易造成頂板破碎、易冒，構造帶與工作面夾角越小，揭露破碎帶越寬，對工作面產(chǎn)生冒頂?shù)挠绊懸苍酱螅瑪鄬勇洳钤酱?；附近漲性構造裂隙越發(fā)達，巖性越松軟，冒頂可能性也越大?！?、采煤工作面破碎頂板控制3.1支架梁前端冒頂?shù)囊蛩囟⒅Ъ芰呵岸嗣婢嗳裘奥涑潭扔妹奥浞秶脊ぷ髅婵傞L的百分比表示，支架梁前端距越大，冒落程度隨之增加（如圖I）。但有的工作面梁端距近為零，仍發(fā)生不少冒頂，這說明支架梁前端距不是影響頂板冒落的唯一因素，它受諸多因素影響。§3、采煤工作面破碎頂板控制3.1支架梁前端冒頂?shù)囊蛩厝⒐ぷ髅嫱七M速度頂板冒落程度與工作面推進速度有直接關系，工作面推進速度增加，工作面支護速度也加快，減少了煤與圍巖的變行，減少了工作面冒頂。0921-1綜采工作面2015年10-12月平均日推進1.2m，支架梁前端頂板極難控制，冒頂事故經(jīng)常發(fā)生，1021-2綜采工作面2016年3-5月平均日推進達到3.0m，工作面冒頂事故基本杜絕。工作面推進速度越快冒落程度越?。ㄈ鐖D2）?！?、采煤工作面破碎頂板控制3.1支架梁前端冒頂?shù)囊蛩厮?、支架初撐力平均支護強度與冒落程度大致呈雙曲線關系（如圖3），且明顯變化區(qū)間在250一300kN/m2之間，低于此阻力支架梁前端冒落急劇增加，高于此阻力，對支架梁前端冒頂?shù)挠绊懖淮?，如把支架平均支護強度控制在250一300kN/m2，就會減少支架梁前端冒頂。§3、采煤工作面破碎頂板控制3.1支架梁前端冒頂?shù)囊蛩厮摹⒅Ъ艹鯎瘟σＷC支架的支護強度首先要確定支架初撐力，但實測表明，支架初撐力合格率平均只有70%左右，其主要原因：(1)支架供液時間短，多支架同時供液；(2)泵站壓力不足，閥及管路泄漏；(3)支架立柱、前梁千斤頂竄液；(4)支架上有浮煤、浮矸；(5)工作面底板松軟；(6)泵站流量小，主管路內徑細，供液不足?！?、采煤工作面破碎頂板控制3.1支架梁前端冒頂?shù)囊蛩匚?、支護狀態(tài)良好的支護狀態(tài)，會提高支架對頂板的控制能力，減少冒頂事故發(fā)生。由于采煤工藝不當，偽傾角掌握不好，造成運輸機上竄下滑，支架不再垂直工作面，支架間呈臺階錯茬，影響了支架支護狀態(tài)；有時支架各立柱升柱不平衡，造成頂梁歪斜，不能平行支護頂板，形成頂梁與頂板線接觸；有時出現(xiàn)歪架、咬架，調架不及時等，都會降低支架支護質量，導致頂板事故發(fā)生?！?、采煤工作面破碎頂板控制3.2破碎頂板的控制

一、支架選型煤層頂板不穩(wěn)定，工作面盡量選擇前梁具有伸縮性能的支架，采煤機通過后立即前移支架，支護剛暴露頂板時，伸出伸縮梁，最大限度縮小支架梁前端距。若煤壁折幫，可在煤機割煤前拉架，將支架前梁移至煤幫，即超前支護，在破碎頂板管理中也極為有效。二、頂板鋪金屬網(wǎng)破碎頂板在進人頂梁上方時已很破碎，且在頂梁上方形成厚度不等的浮矸層，移架時，浮矸從架間及支架梁前端漏下，也可造成支架梁前端冒頂擴大；鋪頂網(wǎng)能使破碎頂板形成一個整體，達到改善頂板之功效。鋪頂網(wǎng)，這對頂板管理有以下好處：（1）防止架間、支架梁前端漏殲，改善頂梁與頂板的接觸狀態(tài)；（2）有利于提高平均支護強度及圍巖剛度；（3）有利于防止煤壁少片幫，減少片幫深度?！?、采煤工作面破碎頂板控制3.2破碎頂板的控制

三、帶壓擦頂移架當采用正常操作程序降架移架，很難保持破碎頂板的完整性時，應采取帶壓擦頂移架。移架時，先啟動推拉千斤頂，再逐漸卸載，使梁與頂板保持一定的支撐阻力，帶壓前移。這樣頂板不會出現(xiàn)明顯松動，可有效控制頂板。四、加強二次注液，保存初撐力合格工人操作移架時，為提高移架速度，常因供液時間短，支架初撐力達不到額定初撐力。加強二次注液，移架后支架繼續(xù)增壓，直到達到額定初撐力后，才停止供液，保證頂板真正支護有效?！?、采煤工作面破碎頂板控制3.3再生頂板的控制

一、日常維護方法1）及時支護：采煤機割煤后要及時伸出伸縮梁,防止冒頂。并及時移架支護頂板，縮短頂板空頂時間。2）帶壓擦頂移架：移架時讓支柱仍保持一定的工作阻力，使頂梁貼著頂板擦頂前移，一定程度上可以減輕移架時頂板巖層的活動，減少由于移架而造成的頂板破壞。3）鋪金屬網(wǎng)：在支架頂梁上鋪金屬網(wǎng)，這是管理破碎頂板的有效辦法。當煤壁前控頂范圍內的頂板破碎時，為保證支架順利前移，頂網(wǎng)能順利展開，也可在金屬網(wǎng)下架走向梁，由走向梁預先托住頂板，讓支架在走向梁及金屬網(wǎng)的掩護下前移?！?、采煤工作面破碎頂板控制3.3再生頂板的控制

一、日常維護方法4）挑板支護：在煤壁靠頂板處掏一梁窩，將走向梁的一端架在煤壁上，另一頭架在支架的頂梁上。如果煤壁容易片幫，則煤壁上不適宜或不能掘梁窩，這時可靠近煤壁側打一臨時貼幫柱。如右圖所示：§3、采煤工作面破碎頂板控制3.3再生頂板的控制

二、特殊維護方法注漿固化破碎頂板：通過注漿泵將煤礦加固煤巖體用高分子主劑巴利瑞注入工作面破碎再生頂板內即采用化學加固材料對破碎圍巖進行加固，也就是用一定比例配比的A、B兩種有機高分子聚合物，通過鉆孔，利用注漿泵將混合化學漿液高壓注入煤巖體，A、B兩種物質充分發(fā)生混合且發(fā)生一些列復雜的化學反應，生成對煤巖體具有較高粘結性的有機彈性體，來充填和固結圍巖和煤層的裂隙面，對破碎煤巖體起到補強加固作用和充填密實作用，人為地改善了松軟破碎煤巖體的物理化學性能，提供圍巖整體性，充分發(fā)揮煤巖體自身承載能力，保持圍巖穩(wěn)定，保證了工作面安全生產(chǎn)，減少冒頂，提高開采效率。我礦曾在分層開采1081綜采工作面中實踐，應用該技術能及時改變圍巖的松散結構和力學性質，提高了巖體的整體強度及抗壓強度，提高了施工的安全可靠性，保證了回采工作面的正規(guī)循環(huán)開采，加注煤礦加固煤巖體用高分子材料巴利瑞加固超前控制頂板是保證煤礦井下安全生產(chǎn)切實可行的實用新技術新產(chǎn)品。§3、采煤工作面破碎頂板控制§4、我礦液壓支架特性、使用及維護4.1我礦常用ZY32液壓支架§4、我礦液壓支架特性、使用及維護ZY3200/13/32型掩護式液壓支架ZY3200/13/32（簡稱ZY32）型液壓支架是為開灤集團公司設計的，適應開灤集團公司地質條件。一、ZY32支架的適用條件

1．用于單一煤層開采工作面；

2．適用工作面采高范圍為1.5～3.0m；

3．作用于每架支架上的頂板壓力不能超過3200kN；

4．適應煤層傾角不大于20°。5.配套刮板運輸機為：SGZ730/400,采煤機MG－350。二、ZY32支架的特點

1．單排立柱支撐。加之平衡千斤頂?shù)淖饔?，支撐合力距離煤壁較近，可較為有效防止端面頂板的早期離層和破壞。

2．平衡千斤頂可調節(jié)合力作用點的位置，增強了支架對難控頂板的適應性。

3．控頂距小，對頂板的反復支撐次數(shù)少，減少了對直接頂板的破壞。

4．伸縮比較大，適應煤層厚度的變化能力強。

5．底座較短，穩(wěn)定性較好，便于運輸、安裝和拆卸。

6．重量較支撐掩護式輕，投資少。

7.該種架型適用于破碎頂板及部分中等穩(wěn)定頂板，且對煤層變化較大的工作面適應性較強。

§4、我礦液壓支架特性、使用及維護三、ZY32支架的組成

ZY32液壓支架主要由金屬結構件、液壓元件兩大部分組成，如下圖所示。金屬結構件有：伸縮梁、前梁、護幫板、頂梁、頂梁側護板、掩護梁、掩護梁側護板、前后連桿、底座及推移桿等。液壓元件主要有：立柱、各種千斤頂、液壓控制元件（操縱閥、單向閥、安全閥等、液壓輔助元件(膠管、彎頭、三通等）等?！?、我礦液壓支架特性、使用及維護四、ZY32支架的主要技術特征

型式：掩護式液壓支架高度（最低/最高）：1300/3200mm寬度（最小/最大）：1420/1597mm中心距：1500mm初撐力（P=31.5MPa）：3092kN工作阻力（P=42.11MPa）：3200kN底板前端比壓：1.72～2.21MPa支護強度：0.43～0.58MPa泵站壓力：31.5MPa操作方式：鄰架§4、我礦液壓支架特性、使用及維護4.2我礦常用ZY29液壓支架§4、綜采工作面頂板控制分析ZY4200/12/29型掩護式液壓支架該支架是按MT/T556-1996《液壓支架設計規(guī)范》、MT312-2000《液壓支架通用技術條件》標準進行設計、制造作的。通過MT312-2000《液壓支架通用技術條件》試驗合格，能在井下安全使用。一、ZY29支架的適用條件1．用于單一煤層開采工作面；

2．適用工作面采高范圍為1.4～2.7m；

3．作用于每架支架上的頂板壓力不能超過4200kN；

4．適應煤層傾角不大于15°；5．配套刮板運輸機為SGZ730/400，采煤機MXG-350§4、我礦液壓支架特性、使用及維護二、ZY29支架的特點

1、單排立柱支撐，加之平衡千斤頂?shù)淖饔?，支撐合力距離煤壁較近，可較為有效防止端面頂板的早期離層和破壞。2、平衡千斤頂可調節(jié)合力作用點的位置，增強了支架對難控頂板的適應性。

3、支架頂梁為整體頂梁帶鉸接前梁結構，前梁前部設有伸縮梁和護幫裝置，護幫板挑平后可上翹5°。

3、頂梁和掩護梁均設計有雙側活動側護板。

4、前、后連桿均為雙連桿。

5、四連桿孔與銷軸間隙為1mm。

6、移架有效步距600mm，推桿為分體式長推桿，推移千斤頂采用倒裝形式。

7、底座為剛性中部開襠，穩(wěn)定性較好。§4、我礦液壓支架特性、使用及維護三、ZY29支架的組成

ZY29液壓支架主要由金屬結構件、液壓元件兩大部分組成，如下圖所示。金屬結構件主要有：1伸縮梁、2導向梁、3前梁、4頂梁、5掩護梁、6前后連桿、7底座、8推移桿等。液壓元件主要有：立柱、各種千斤頂、液壓控制元件（操縱閥、單向閥、安全閥等、液壓輔助元件(膠管、彎頭、三通等）等。防護裝置主要有：側護板等。

§4、我礦液壓支架特性、使用及維護四、ZY29支架的主要技術特征

型式：ZY4200/12/29型掩護式液壓支架高度：（最低～最高）1.2～2.9m寬度：（最小～最大）1.41～1.58m中心距：1.5m初撐力：（P=31.5MPa）3091kN工作阻力：（P=42.8MPa）4200kN對底板前端比壓：2.05～2.91MPa支護強度：0.5～0.71MPa移架步距600mm泵站壓力：31.5MPa操作方式：鄰架控制支架重量：15.106t§4、我礦液壓支架特性、使用及維護4.5支架的操作和維護在支架的操作和支護過程中可能出現(xiàn)的故障有：初撐力偏低、工作阻力超限、推溜不直、移架不及時；頂板管理不善，出現(xiàn)空頂、倒架等現(xiàn)象。

1．初撐力和工作阻力支架初撐力的大小，對控制頂板下沉和管理頂板有直接關系，因此必須保證放頂煤有足夠的初撐力。出現(xiàn)初撐力偏低，主要原因是作為支架動力的乳化液壓力不足或液壓系統(tǒng)漏液造成；操作時充液時間短也是一個原因。保證足夠初撐力的措施是：乳化液泵站的壓力