兗礦集團(tuán)公司頂板管理經(jīng)驗(yàn)做法

依靠科技，強(qiáng)化管理促進(jìn)頂板管理工作健康發(fā)展兗礦集團(tuán)有限公司2014年7月

一、綜放技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，促進(jìn)了回采支護(hù)裝備與技術(shù)不斷升級(jí)

二、薄煤層開采技術(shù)取得突破，實(shí)現(xiàn)了安全高效開采

三、煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)廣泛應(yīng)用，提高了巷道支護(hù)技術(shù)水平

四、嚴(yán)格頂板管理制度落實(shí)，保持了安全生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定一、公司概況

●兗礦集團(tuán)包括本部、陜蒙、貴州、澳洲四大煤炭生產(chǎn)基地和新疆、加拿大兩大新區(qū)。其中，本部包括兗州礦區(qū)八對(duì)礦井和巨野礦區(qū)趙樓煤礦共九對(duì)生產(chǎn)礦井。

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2013年，煤炭產(chǎn)量8000余萬噸，其中，本部礦井近4000余萬噸。一、公司概況

●兗礦集團(tuán)包括本部、陜蒙、貴州、澳洲四大煤炭生產(chǎn)基地和新疆、加拿大兩大新區(qū)。其中，本部包括兗州礦區(qū)八對(duì)礦井和巨野礦區(qū)趙樓煤礦共九對(duì)生產(chǎn)礦井。

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2013年，煤炭產(chǎn)量8000余萬噸，其中，本部礦井近4000余萬噸。兗礦主要礦井南屯煤礦北宿煤礦唐村煤礦濟(jì)二煤礦濟(jì)三煤礦北京上海日照港濟(jì)寧濟(jì)南唐口勘探區(qū)何崗煤礦代莊煤礦0京滬鐵路兗州、濟(jì)寧煤田分布圖興隆莊煤礦許廠煤礦兗礦集團(tuán)本部曲阜市兗州市兗石鐵路鄒縣電廠兗礦集團(tuán)各煤礦其它煤礦湖泊鐵路公路河流濟(jì)寧市東灘煤礦鮑店煤礦楊村煤礦鄒城市微山湖兗菏鐵路兗州礦區(qū)礦井分布

●主采煤層山西組3(3上、3下)層煤厚度8～10m(5.2m、3.2m），采用綜采（放）工藝生產(chǎn)；太原組16上、17層煤，厚度0.70～1.19m和0.70～1.25m，采用綜采或炮采工藝生產(chǎn)。礦井開采深度一般500～700m，部分達(dá)到800m，個(gè)別超過900m。二、頂板管理經(jīng)驗(yàn)與做法

近年來，兗礦集團(tuán)堅(jiān)持“管理、裝備、培訓(xùn)并重”原則，緊緊依靠科技進(jìn)步，積極創(chuàng)新，強(qiáng)化管理，礦井安全生產(chǎn)狀況持續(xù)穩(wěn)定，尤其是頂板事故大幅度減少，保持了較長的安全周期。

經(jīng)驗(yàn)與做法是：二、頂板管理經(jīng)驗(yàn)與做法

（一）綜放技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，促進(jìn)了回采支護(hù)裝備與技術(shù)水平不斷升級(jí)

自九十年代初采用綜放工藝以來，經(jīng)過“九五”到“十二五”持續(xù)攻關(guān)，逐步形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)及兗礦特色的綜放開采核心技術(shù)，總體技術(shù)及配套的綜放支護(hù)裝備達(dá)到了國內(nèi)外領(lǐng)先水平。二、頂板管理經(jīng)驗(yàn)與做法

支護(hù)裝備特點(diǎn)：

液壓支架高工作阻力：5200KN→6200KN→6800KN→7200KN→8500KN→10000KN→12000KN

順槽超前支護(hù)：單體支柱→液壓支架

以ZFS6200-18/35型高工作阻力的“九五”攻關(guān)專用型放頂煤支架及配套設(shè)備作為礦區(qū)主體設(shè)備配套模式，對(duì)礦井安全高效生產(chǎn)發(fā)揮了重大作用。

綜放“九五”攻關(guān)支護(hù)裝備“十五”期間，在興隆莊礦配置了ZFS6800/18/35型支撐掩護(hù)式放頂煤支架、ZFS7000/19/32型排頭支架，攻克了液壓支架電液控制等關(guān)鍵技術(shù)。

綜放“十五”攻關(guān)支護(hù)裝備年產(chǎn)600萬t綜放工作面配套設(shè)備

綜放工作面自動(dòng)化控制系統(tǒng)示意圖600萬噸/年綜放工作面

試驗(yàn)完成“年產(chǎn)600萬噸自動(dòng)化綜放工作面高可靠性裝備及系統(tǒng)”項(xiàng)目，研制了ZFY8500/21/40D兩柱掩護(hù)式放頂煤基本支架，ZFG10800/22/38D四柱支撐掩護(hù)式放頂煤過渡支架。綜放“十一五”攻關(guān)支護(hù)裝備綜放“十一五”攻關(guān)支護(hù)裝備

應(yīng)用了ZFS7200/20/40型大采高兩柱掩護(hù)式放頂煤液壓支架，該支架是世界首套放頂煤液壓支架電液控制系統(tǒng)和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的綜放工作面自動(dòng)化控制系統(tǒng)及自動(dòng)化放頂煤工藝成套裝備。

綜放“十二五”攻關(guān)支護(hù)裝備

隨著礦井開采深度的不斷增加，高地壓支護(hù)問題比較突出。因此，研制應(yīng)用了高支護(hù)阻力的重型裝備，先后在趙樓礦、東灘礦、興隆莊礦等配置了工作阻力10000kN到12000kN的液壓支架，支架中心距達(dá)到1.75m，進(jìn)一步提升了支護(hù)裝備水平。

重型支護(hù)裝備配套情況一覽表礦井基本支架型號(hào)排頭支架型號(hào)趙樓礦ZF10000/18.5/35型ZFG12000-22/38型ZF12000／18.5／35型ZFG12000／22／38型興隆莊礦ZF10000/2.3/4.5型ZTF12000/2.5/4.5型東灘礦ZF12000/22/42型ZF12000/22/38型端頭及順槽超前液壓支架支護(hù)

研制應(yīng)用工作面端頭及順槽超前液壓支架支護(hù)技術(shù)，取消了工作面端頭及超前順槽的單體支柱支護(hù)，提高了支護(hù)強(qiáng)度，降低了職工勞動(dòng)強(qiáng)度。目前，已在公司全面推廣應(yīng)用。研制應(yīng)用工作面長距離供電供液技術(shù)，不僅在運(yùn)輸安全、降低環(huán)境溫度及勞動(dòng)強(qiáng)度等方面效果明顯，而且改善了高地壓、有沖擊危險(xiǎn)的工作面順槽的超前支護(hù)狀況、降低了沖擊危險(xiǎn)對(duì)人員的危害程度。

順槽端頭及超前支護(hù)支架在井下的應(yīng)用

與單體支柱支護(hù)相比，巷道頂?shù)装遄冃螠p小360mm，兩幫減小310mm。沿空側(cè)順槽端頭及超前支護(hù)支架在井下的應(yīng)用

二、頂板管理經(jīng)驗(yàn)與做法

（二）薄煤層開采技術(shù)取得突破，實(shí)現(xiàn)了安全高效開采

兗州礦區(qū)16上、17層煤均含有硬夾矸，巖性為炭質(zhì)砂巖和硫化鐵結(jié)核,厚度0.02～0.44m，硬度f=8～11，煤層傾角2～10°，賦存較為穩(wěn)定。煤層厚度/m硬度/f頂板巖性底板巖性層間距/m平均厚/m巖性厚度/m巖性厚度/m16上0.64～2.101.061.25～2.5十下灰?guī)r4.8～5.85.1鋁質(zhì)泥巖1.2610170.60～1.590.991.64十一灰?guī)r，局部相變砂質(zhì)頁巖0.8～2.01.2鋁質(zhì)泥巖1.21

從80年代到本世紀(jì)初，兗礦一直在探索實(shí)施16下、17層煤回采工藝改革，但機(jī)械化開采問題始終沒有很好解決，主要是未攻克硬夾矸機(jī)械化落煤難題，同時(shí)也制約了薄煤層支護(hù)水平的提高。硫化鐵結(jié)核

炭質(zhì)砂巖硬夾矸

小塊硬夾矸分布狀況

二、頂板管理經(jīng)驗(yàn)與做法

在未攻克機(jī)械化落煤難題前，薄煤層工作面支護(hù)改革與創(chuàng)新工作一直沒有停止。從80年代末用單體液壓支柱替換摩擦支柱，90年代墩柱配合單體液壓支柱支護(hù)，本世紀(jì)初先后研制應(yīng)用了切頂墩柱、切頂支架配合單體液壓支柱支護(hù)，到2005年實(shí)現(xiàn)了液壓支架支護(hù)，薄煤層炮采工作面支護(hù)系統(tǒng)基本達(dá)到了機(jī)械化水平。

薄煤層工作面支護(hù)改革發(fā)展情況

切頂墩柱配合單體液壓支柱支護(hù)

單體液壓支柱支護(hù)

切頂墩柱老塘冒落區(qū)

薄煤層工作面支護(hù)改革發(fā)展情況

工作面內(nèi)配合單體液壓支柱支護(hù)的兩柱式液壓切頂小支架順槽端頭兩柱式液壓切頂支架

薄煤層工作面支護(hù)改革發(fā)展情況

薄煤層炮采工作面從使用液壓支架支護(hù)后，除爆破落煤外，實(shí)現(xiàn)了擋鏟裝一體化、支護(hù)液壓支架化的機(jī)械化工藝。

薄煤層炮采工作面支撐掩護(hù)式液壓支架架前活動(dòng)擋煤板

二、頂板管理經(jīng)驗(yàn)與做法

為徹底解決含硫化鐵薄煤層開采工藝改革的難題，于2007年底成立了課題組聯(lián)合攻關(guān)。經(jīng)過一年多的努力，研制了Y2600/6.5/16型薄煤層兩柱掩護(hù)式液壓支架，以及ZT5600/16/26順槽超前支護(hù)液壓支架。2009年在楊村煤礦試驗(yàn)成功，2010年薄煤層綜采工作面年產(chǎn)達(dá)到60萬噸水平，標(biāo)志著煤層含硬夾矸難題已經(jīng)攻克，最終實(shí)現(xiàn)了薄煤層工作面綜合機(jī)械化開采。

薄煤層綜采工作面支護(hù)情況

順槽超前支護(hù)液壓支架工作面兩柱掩護(hù)式液壓支架

機(jī)械化開采改變了薄煤層工作面勞動(dòng)強(qiáng)度大、機(jī)械化程度低、安全系數(shù)低、生產(chǎn)效率低“一大三低”窘?jīng)r，在兗礦集團(tuán)進(jìn)行了推廣應(yīng)用。二、頂板管理經(jīng)驗(yàn)與做法

（三）煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)日漸成熟，保持了較長安全周期

自九十年代初期開始研究推廣煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)，按照“先易后難、積極穩(wěn)妥”的原則，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。目前，公司煤巷錨桿支護(hù)年進(jìn)尺近20萬米，錨桿支護(hù)比例近100%，煤巷錨桿支護(hù)巷道實(shí)現(xiàn)連續(xù)安全生產(chǎn)13周年。

二、頂板管理經(jīng)驗(yàn)與做法

1、開發(fā)應(yīng)用了MG500高強(qiáng)度錨桿、鋼帶等系列支護(hù)材料，形成了較為完善的錨桿支護(hù)體系

左旋熱軋錨桿鋼抗拉強(qiáng)度≥640MPa，延伸率≥

20％；左旋精軋全螺紋錨桿，桿體抗拉強(qiáng)度≥700MPa，延伸率≥20％，桿體無需加工螺紋真正實(shí)現(xiàn)了等強(qiáng)度,緊固螺母不受桿體螺紋長度限制。鋼帶母材抗拉強(qiáng)度≥490MPa，破斷力500～700KN;￠18～22mm錨索最大負(fù)荷大于500KN。

二、頂板管理經(jīng)驗(yàn)與做法

頂板支護(hù)采用全長錨固，設(shè)計(jì)錨固力不小于150kN，桿體應(yīng)選用Ф22、KMG500及以上錨桿鋼；幫錨桿設(shè)計(jì)錨固力不小于100kN，桿體應(yīng)選用Ф20、KMG400及以上錨桿鋼；煤巷錨桿支護(hù)的補(bǔ)強(qiáng)加固措施優(yōu)先采用錨索，錨索設(shè)計(jì)長度應(yīng)確保錨固到穩(wěn)定巖層中的長度不小于1.0m；沿空掘進(jìn)巷道頂板必須采用錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)等。

二、頂板管理經(jīng)驗(yàn)與做法

煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)要針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)條件，不可千篇一律。特殊地點(diǎn)應(yīng)采取加強(qiáng)支護(hù)措施，且支護(hù)范圍應(yīng)延伸到巷道正常段5m以上。

特殊地點(diǎn)一般包括：斷層及圍巖破碎帶、應(yīng)力集中區(qū)、頂板淋水區(qū)、裂隙發(fā)育區(qū)、巷道穿層地點(diǎn)、交岔點(diǎn)、綜放（綜采）工作面切眼以及硐室等。

二、頂板管理經(jīng)驗(yàn)與做法

2、深部大斷面順槽支護(hù)技術(shù)取得突破

為適應(yīng)厚煤層大采深、沿空開采、綜放工作面運(yùn)輸機(jī)交叉?zhèn)刃恫贾?、順槽超前支架等使用條件和要求，研究探索了大斷面煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)，巷道斷面由14平方米增加至20平方米以上，巷道最大寬度達(dá)到5.2m以上，高度到3.7m以上。通過采用大直徑、高強(qiáng)度、高延伸率、高預(yù)緊力錨桿、錨索，錨桿錨索讓壓、頂板離層動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了安全掘進(jìn)和高效回采。深部大斷面實(shí)體煤順槽錨桿支護(hù)示意圖

深部大斷面順槽錨（索）桿支護(hù)

二、頂板管理經(jīng)驗(yàn)與做法

3、綜放大斷面切眼全錨桿（索）支護(hù)技術(shù)在澳洲應(yīng)用成功

兗礦澳洲公司澳思達(dá)煤礦煤層埋深為450～750m，屬澳大利亞井工開采深度最深的煤礦，平均煤厚4.5～7.5m，綜放開采切眼寬度一般為8.5m左右。由于澳大利亞法律規(guī)定巷道內(nèi)禁止采用單體支柱支護(hù)等要求，使綜放工作面切眼支護(hù)成為技術(shù)難題。通過認(rèn)真研究，采用采用長短錨索、強(qiáng)力注漿錨索與高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)了安全可靠支護(hù)，成功開采了多個(gè)工作面，為綜放開采在澳洲的推廣應(yīng)用創(chuàng)造了條件。

二、頂板管理經(jīng)驗(yàn)與做法

導(dǎo)峒：6×2.1m錨桿全長錨固，排距1m，隨迎頭施工；隔排隨迎頭布置2×8.0m超強(qiáng)錨索，排距1m使用化學(xué)藥卷端錨安裝，60噸/條;在連采機(jī)后注漿全長錨固迎頭安裝的超強(qiáng)錨索，同時(shí)補(bǔ)打一排8m長60噸超強(qiáng)錨索進(jìn)行二次加強(qiáng)支護(hù)。

擴(kuò)寬:

4×2.1m錨桿全長錨固，排距1.0m；2×8m超強(qiáng)注漿錨索，排距2m隨迎頭安裝;在連采機(jī)后注漿全長錨固迎頭安裝的超強(qiáng)錨索，同時(shí)再隔排補(bǔ)打2顆8m長60噸超強(qiáng)錨索進(jìn)行二次加強(qiáng)支護(hù)。

二、頂板管理經(jīng)驗(yàn)與做法

4、千米深井錨桿支護(hù)技術(shù)取得良好效果

趙樓煤礦開采深度達(dá)到1000m，煤厚5.0～6.5m，地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜，受沖擊地壓威脅較為嚴(yán)重，綜放開采沿空掘巷難度大。頂幫采用錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)，合理留設(shè)煤柱（4.0～4.5m），取得了良好效果。

千米深井沿空掘巷錨桿支護(hù)示意圖

二、頂板管理經(jīng)驗(yàn)與做法

（四）嚴(yán)格頂板管理制度落實(shí)，保證了安全生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定

●制定了《煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)規(guī)范》、《采煤工作面礦壓觀測(cè)與支護(hù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》、《沖擊地壓防治技術(shù)規(guī)范》、《采煤工作面大面積頂板異常來壓防治技術(shù)管理規(guī)定》、《沖擊地壓防治工作“十項(xiàng)硬性規(guī)定”》等規(guī)范、規(guī)定等，頂板管理實(shí)現(xiàn)了制度化、規(guī)范化。

●錨桿支護(hù)材料必須符合《錨桿支護(hù)材料企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》有關(guān)規(guī)定，并由公司統(tǒng)一采購。公司對(duì)錨桿支護(hù)材料、礦壓儀器儀表每季度抽樣檢驗(yàn)一次。

二、頂板管理經(jīng)驗(yàn)與做法

●新型支護(hù)材料試驗(yàn)前須經(jīng)公司審查批準(zhǔn)后可在規(guī)定地點(diǎn)使用，經(jīng)技術(shù)鑒定(評(píng)議)以后，方可擴(kuò)大到試驗(yàn)地點(diǎn)以外的現(xiàn)場(chǎng)使用。

●加強(qiáng)采掘支護(hù)質(zhì)量檢查、監(jiān)測(cè)，達(dá)不到要求的嚴(yán)格處罰。如液壓支架及單體支柱的初撐力、錨桿錨固力及預(yù)緊力、特殊地點(diǎn)加強(qiáng)支護(hù)、頂板離層監(jiān)測(cè)、臨時(shí)支護(hù)質(zhì)量等。

●加強(qiáng)綜采（放）工作面初采、末采、安裝、撤除“四個(gè)特殊時(shí)期”頂板管理。

二、頂板管理經(jīng)驗(yàn)與做法

●合理安排開采順序，避免形成高應(yīng)力集中區(qū)。如避免形成孤島工作面、工作面切眼、停采線盡可能對(duì)齊，避免形成不規(guī)則煤柱。多煤層或厚煤層分層開采時(shí)，下層工作面切眼及停采線要內(nèi)錯(cuò)或重疊布置。上層煤開采不應(yīng)留下給下層煤開采帶來困難的煤柱區(qū)。

●采掘工作面沖擊危險(xiǎn)性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，必要時(shí)組織專家進(jìn)行論證。

●采用微震監(jiān)測(cè)、應(yīng)力實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、鉆屑法等進(jìn)行沖擊危險(xiǎn)監(jiān)（檢）測(cè)，采用鉆孔卸壓、爆破卸壓、強(qiáng)制放頂?shù)却胧┻M(jìn)行解危處理。

二、頂板管理經(jīng)驗(yàn)與做法

一般情況下，優(yōu)先采用大直徑鉆孔斜壓。鉆孔直徑不得小于110mm，鉆孔間距不大于3m，超前回采工作面的距離不少于200m。推廣使用150mm的大直徑卸壓鉆孔；掘進(jìn)工作面迎頭超前施工不少于三個(gè)、兩幫施工間距不大于3m的大直徑卸壓鉆孔，鉆孔