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北京消防|單體液壓支柱工作面頂板管理淺談|消防檢測(cè)|電氣檢測(cè) 發(fā)布日期:2019-02-02 12:47:17

摘要:近幾年來(lái),單體液壓支柱的推廣使用,大大改善了采煤面的頂板管理,減少了頂板事故的發(fā)生,促進(jìn)了生產(chǎn)的發(fā)展。本文就我礦多年來(lái)使用單體液壓支柱的情況,膚淺地談一談這種支護(hù)裝備對(duì)頂板控制效果的思考。
關(guān)鍵詞:?jiǎn)误w液壓支柱;頂板管理;安全效果;分析
1. 概況
礦井在八十年初采煤工作面都是使用金屬摩擦支柱支護(hù)頂板。自85年起礦井才開(kāi)始使用單體液壓支柱,目前,礦井共三個(gè)回采工作面,全部都使用單體液壓支柱配%u3C0型鋼梁支護(hù)頂板。經(jīng)過(guò)年多的生產(chǎn)實(shí)踐及礦壓觀測(cè)???明,單體液壓支往的支護(hù)性能基本上適應(yīng)我礦各類頂板的變化規(guī)律,煤層頂飯得到了控制,解決了多種采煤方法的頂板管理問(wèn)題,收到了比較好的安全效果和經(jīng)濟(jì)效果。
2.采面頂板支護(hù)設(shè)計(jì)
依據(jù)頂板壓力確定支護(hù)的強(qiáng)度、密度進(jìn)行計(jì)算,來(lái)確定采面支護(hù)的排、間柱,再按直接頂破碎與否,確定頂梁類型,背頂要求。
2.1 礦壓顯現(xiàn)參數(shù)
根據(jù)礦井多年對(duì)采煤工作面頂板壓力觀測(cè),礦壓顯現(xiàn)規(guī)律如下:
⑴、工作面的初次垮落步距為11~20m左右,垮落前支柱最大工作阻力為161.7KN,活柱最大壓縮量13mm。
⑵、初次來(lái)壓步距為18~22m,頂板下沉量為100~200mm,147mm/h,支柱工作阻力為123.2KN。
⑶、周期來(lái)壓步距為10~15m,頂板下沉量為60~100mm,55mm/h,支柱工作阻力為120.5KN。
⑷、超前壓力影響范圍12~20m,最強(qiáng)烈為8~12m。
2.2 支護(hù)設(shè)計(jì)
2.2.1頂板壓力的確定:其計(jì)算公式為
P = k1.r.H%uD79.8?2 ( N/ m2 )
K1 頂板壓力系數(shù),一般為K=4~8 取4
r 巖石容重 2.5t/m3。
H 工作面采高 1.8 米;
2.2.2每根支柱支護(hù)面積的確定:
S=F平/(k2.P)
S- 每根支柱支護(hù)面積(m2 )
F平(平均工作阻力)=294(額定工作阻力)%uD70.8=235.2 KN
K 2 安全系數(shù),一般為1.05~1.10 取K=1.05
P - 單位面積頂板壓力( N/ m2 )
2.2.3支柱排距、柱距及迎山角的確定:
根據(jù)工作面頂板巖性、控頂方式、鄰近煤層頂板活動(dòng)情況及工作面%u3C0型鋼梁長(zhǎng)度,確定排距1.0 m,驗(yàn)算柱距:
a = S/(k3.b)
a - 柱距
S- 每根支柱支護(hù)面積(m2 )
b - 1.0 m(排距)
k3-- 柱距安全系數(shù)(一般為1.4~1.6), 取 1.4
由公式: P=k1%uB7r%uB7H%uD79.8?3 S=F平/(k2.P)
a = S/(k3%uD7b)可推得
a = F平 / K1%uD7K2%uD7k3%uD7H%uD7r%uD7b%uD79.8?3
a = 235.2/4%uD71.05%uD71.4%uD71.8%uD72.5%uD71.0%uD79.8?3=0.91 m
式中:
F平(平均工作阻力)=294(額定工作阻力)%uD70.8=235.2 KN
H 工作面采高 1.8米; K1 頂板壓力系數(shù),取K=4。
r 巖石容重2.5噸/m3。 K 2 安全系數(shù),取K=1.05。
k3-- 柱距安全系數(shù) 1.4。 b - 1.0 m(排距)
a - 柱距
根據(jù)頂板管理有關(guān)規(guī)定及采面頂板壓力顯現(xiàn)規(guī)律,工作面支柱的柱距取0.8m。支柱迎山角沿傾斜方向向上迎2~3,沿走向方向往老塘迎1~2。架設(shè)時(shí)支柱必須成排、成行、成直線,其偏差不超過(guò)?0毫米。
3. 工作面頂板支護(hù)要求
3.1工作面支護(hù).根據(jù)工作面采高,頂?shù)装鍘r性及頂板下沉量,選用外注式系列單體液壓支柱配%u43B型梁支護(hù),一梁三柱走向棚,二根一組,組間距0.8m,交替邁步前移,梁長(zhǎng)2.4m,梁間隔0.2m。梁端至煤壁不得大于300㎜;初撐力不小于90KN(11.47MPa),(工作面底板松軟時(shí)必須下好底梁和穿好鐵鞋并隨工作面推進(jìn)而循環(huán)使用,回采工作面放炮前后要實(shí)行二次注液);煤層底板較堅(jiān)硬時(shí),單體液壓支柱腳眼必須找毛,確保護(hù)效果.支護(hù)頂板正常情況下,每架棚背頂4組(兩根一組)1.2米長(zhǎng)的雜棒;頂板破碎時(shí),每架棚背頂1.2米長(zhǎng)木板皮4塊。
3.2 特殊支護(hù)
⑴、密柱:采用單排密集支柱切頂,每空兩根密柱,支柱應(yīng)打緊、打牢、打?qū)ι?,?yán)禁打在浮煤、矸上,并保證有足夠的初撐力。
⑵、叢柱:初次放頂或正常放頂時(shí),放頂局部懸頂或冒落高度不充分[﹥(2%uD75)m2],必須架設(shè)叢柱,每5m一組,每組三根支柱呈“品”字型架設(shè),且必須打緊、打牢、打?qū)ι健?br> ⑶、靠幫支柱:斷層處、破碎帶及工作面壓力大,造成煤壁片幫,炮道超過(guò)規(guī)定的地段及采高大于1.6米處都必須打好靠幫臨時(shí)支柱,其間距為0.8米,煤壁用木板皮卡緊,頂板用4組雜棒和木板皮接實(shí)。
⑷、戧柱:對(duì)于回采工作面大面積未來(lái)頂及俯斜開(kāi)采地段則架設(shè)戧柱,其支護(hù)方式為液壓支柱配圓木,靠近切頂線架設(shè),沿傾斜方向一梁三柱,支柱間距0.8米。
3.3 運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷及端頭頂板控制
3.3.1 采面上、下端頭支護(hù):工作面刮板運(yùn)輸機(jī)頭尾處使用“四對(duì)八梁”支護(hù)一梁三柱,交替邁步前移,固定專人負(fù)責(zé),超前回采工作面一排,傾斜長(zhǎng)度不低于4.0米。梁長(zhǎng)為2.6m的%u41B型鋼梁,每組兩根,間隔0.2m,其中一根邁步1.0m,每組間距0.8m。上、下端頭第一根支柱分別距風(fēng)巷??幫、機(jī)巷上幫的距離不大于0.5m?;夭晒ぷ髅婀伟暹\(yùn)輸機(jī)頭尾的固定支柱和壓柱要打緊、打牢、打?qū)ι健9伟暹\(yùn)輸機(jī)頭尾固定支柱分別為4根和2根,支柱與頂?shù)装宕怪奔茉O(shè)。機(jī)、風(fēng)巷分別架設(shè)一組%u43B型梁,并交替邁步前進(jìn)。
3.3.2上、下安全出口支護(hù):機(jī)、風(fēng)巷用%u43B梁抬棚后,巷道20米內(nèi),凈高不低于1.6m。機(jī)、風(fēng)巷人行道寬度不少于0.7m、柱距0.8m。上、下安全出口距煤壁10m抬雙棚,10~20m內(nèi)靠煤壁幫抬單棚。20米以外,巷道凈高不低于1.8米。
3.3.3備用支護(hù)材料:在工作面風(fēng)巷中,常備有2.0m3以上的材料:園木(直徑不小于160mm,L=2000~2600mm)、板皮(長(zhǎng)%uD7寬%uD7厚=1200?0?mm)、雜木棒(長(zhǎng)1200㎜)、擋矸簾(長(zhǎng)%uD7寬=1200?0mm);同時(shí),應(yīng)留有DZ-22及DZ-25型備用支柱及%u43B梁,其數(shù)量不少于工作面在用支柱的5~10%,支柱必須正放,嚴(yán)禁倒立;回采工作面支柱編號(hào)管理,所有備用支護(hù)材料距工作面不超過(guò)50m,并碼放好,掛好標(biāo)識(shí)牌。
3.3.4 支護(hù)操作順序和要求:
①、 %u3C0型鋼梁支護(hù)時(shí),每組不少于2人,爆破后要求及時(shí)移梁,背好頂,一梁二柱,防止冒頂事故,與此同時(shí)及時(shí)支護(hù)好切頂線帶帽頂柱,及時(shí)打好靠幫柱,只有將工作面的煤攉盡,移溜完畢,都形成一梁三柱后,方可開(kāi)始切頂線放頂。
②、 向前移梁時(shí),必須使%u3C0型鋼梁沿煤層走向保持平行,必須按照由下而上順序進(jìn)行,并保證移梁寬度一致,嚴(yán)禁亂移。人員嚴(yán)禁站在采空區(qū)側(cè)柱間操作。為防止%u3C0型鋼梁旋扭,支柱與鋼梁必須面接觸,四爪卡牢。
③、 豎立支柱前,要按作業(yè)規(guī)程規(guī)定確定柱位,清掃柱位浮煤,刨柱窩、麻面、下好底梁。
④、支柱時(shí),人員要站在該支柱地點(diǎn)上方操作。架設(shè)單體液壓支柱時(shí):1人扶柱,將手柄體和注液閥調(diào)整到規(guī)定位置。1人用注液槍清洗注液閥嘴,然后將注液槍卡套卡緊注液閥,開(kāi)動(dòng)手柄均勻升柱,使柱爪卡緊梁牙或柱帽,并供液使支柱達(dá)到規(guī)定初撐力為止。
⑤、升柱后要及時(shí)拴好聯(lián)鎖繩。
⑥、單體液壓支柱架設(shè)工作結(jié)束后,必須對(duì)初撐力達(dá)不到要求的支柱,進(jìn)行二次注液。
⑦、 單體液壓支柱三用閥嚴(yán)禁架設(shè)成反方向
4. 頂板控制與安全
正確而完整的標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)該是所設(shè)計(jì)的采面支護(hù)能夠?qū)Ω犊赡馨l(fā)生的各種類型的事故(漏頂、冒頂、推垮)。從力學(xué)原因分析,采面冒頂事故可以歸納漏頂、壓垮、推到三種基本???頂類型。
4.1 采面頂板漏頂型冒頂事故分析
當(dāng)直接頂下沉過(guò)大、頂板破碎,而采面沒(méi)有采取有效的針對(duì)頂板破碎地段,有效特殊支護(hù)或支柱失效就會(huì)出現(xiàn)漏冒型冒頂。通常都是按直接頂?shù)念悇e確定對(duì)其防護(hù)措施。例如,對(duì)于完整的直接頂(我礦四煤層頂板)采用帶帽點(diǎn),對(duì)于中等穩(wěn)定的直接頂(我礦二煤層頂板)采用帶頂梁的支柱,對(duì)于破翠的直接頂(我礦三煤層頂板)不僅要使用%u41B型梁配支柱,而且%u41B型梁上面還要背竹笆、木板皮密背。
炮道無(wú)支護(hù)空間是防漏重點(diǎn)。當(dāng)直接頂很破碎或直接頂中存在游離巖塊時(shí),應(yīng)盡量減少頂梁與煤壁之間的距離。為了防止工作面冒頂事故的發(fā)生,%u41B梁上面要及時(shí)用廢舊的材料墊平,或者用編織袋裝煤矸充填好,防止頂板空頂、和%u41B梁不實(shí),造成不必要的冒頂。
工作面上下兩端頭是防漏的另一個(gè)重點(diǎn)。嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)定的“四對(duì)八梁”交替邁步前進(jìn)的措施。對(duì)于機(jī)巷煤在棚頂上及風(fēng)巷在底板的情況下,分別采取超前支護(hù),風(fēng)巷假風(fēng)巷等技術(shù)措施,完全能夠防止溜頭、溜尾處的局部冒頂。
此外,對(duì)采面中出現(xiàn)的地質(zhì)構(gòu)造破碎地帶,應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充安全技術(shù)措施重點(diǎn)防范,以預(yù)防冒頂事故發(fā)生。同時(shí)對(duì)于軟底板工作面,要及時(shí)下好底梁,確保采面不臺(tái)階下沉。
4.2 采面壓垮型冒頂事故分析
在老塘斷裂下沉的時(shí)候,或者是老塘頂斷裂線進(jìn)入采面空間時(shí),因支柱的支護(hù)強(qiáng)度不夠,或者支護(hù)質(zhì)量有問(wèn)題時(shí)而導(dǎo)致工作發(fā)生壓垮型冒頂。
目前,礦井采面都是使用單體液壓支柱其可縮量可達(dá)800豪米,能夠適應(yīng)老頂結(jié)構(gòu)下沉,而且單體支柱工作面的支護(hù)密度已達(dá)1.5-2倍左右,老塘切頂線全部采用密集支柱切頂,完全能夠支撐直接頂?shù)膲毫?,因此,目前所使用的單體支柱,一般支護(hù)質(zhì)量沒(méi)有問(wèn)題、和支護(hù)強(qiáng)度到位是可以控制壓垮型冒頂。
4.3 采面推垮型冒頂事故分析
當(dāng)直接頂中存在大塊游離巖塊時(shí),就可能發(fā)生推垮冒頂。預(yù)防直接頂中大塊游離巖塊旋轉(zhuǎn)推垮工作面的措施是:觀測(cè)頂板中的斷層,裂隙、煤層分叉等情況,判斷大塊游離巖塊的存在,估計(jì)回柱時(shí)該大塊游離巖石是否失穩(wěn)旋轉(zhuǎn)而下:如果不會(huì)失穩(wěn)則可正?;刂?;如果可能失穩(wěn)則不能回柱,擴(kuò)大控頂距,待大塊巖塊完全進(jìn)入老塘再回柱。
對(duì)于壓、漏、推三種冒頂事故,必須用好采面支柱的支、護(hù)、穩(wěn)三種性能。支是指支柱的支撐力與可縮性,其是對(duì)付頂板來(lái)壓的,護(hù)是指支柱防護(hù)破碎直接頂?shù)男阅?,通常是通過(guò)頂梁與背頂材料來(lái)實(shí)現(xiàn),可見(jiàn)其是對(duì)付漏的;穩(wěn)是指支柱抗衡沿層面向推力或拉力的性能。當(dāng)采面應(yīng)用液壓支柱及絞接頂梁(%u41B型梁)時(shí),可通過(guò)用支柱間或頂梁的聯(lián)接與采面單體支柱聯(lián)成一個(gè)整體(并增加連鎖繩)等方法形成穩(wěn)定性.
5. 結(jié)論與建議
使用單體液壓支柱合理設(shè)計(jì)支護(hù),就是要針對(duì)具體的煤層及其頂?shù)装鍡l件來(lái)確定,目的是促進(jìn)頂板在一定時(shí)期內(nèi)保持穩(wěn)定,在支護(hù)強(qiáng)度內(nèi)承受可能發(fā)生的壓、漏、推現(xiàn)象。應(yīng)當(dāng)指出,不同采面發(fā)生壓、漏、推冒頂?shù)目赡苄愿鞑幌嗤?,一個(gè)采面的不同地點(diǎn),發(fā)生壓、漏、推的危險(xiǎn)也不一樣,因此,合理設(shè)計(jì)支護(hù)時(shí),必須因地制宜。建議單體液壓支柱支護(hù)頂板重點(diǎn)主要從以下二方面落實(shí)。
5.1 規(guī)范支護(hù)設(shè)計(jì):支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)礦井煤層頂?shù)装褰Y(jié)構(gòu)、壓力顯現(xiàn)規(guī)律、支柱性能等技術(shù)參數(shù)合理確定支護(hù)密度(支柱排距與柱距)。然后,加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管理,確保支護(hù)效果。
5.2支護(hù)標(biāo)準(zhǔn)與頂板控制:
⑴、工作面控頂范圍內(nèi),工作面頂板不出現(xiàn)臺(tái)階下沉。頂?shù)装逡平坎筛擗Q100mm/m。%u3C0梁端至煤壁頂板冒落高度不大于200mm。新設(shè)支柱初撐力≧90kN。
⑵、底板松軟時(shí),支柱要穿柱鞋,鉆底<100mm。
⑶、工作面支柱要打成直線,其偏差不超過(guò)?0mm。柱距偏差不大于?0mm,排距偏差不超過(guò)?0mm。
⑷、工作面上下機(jī)頭處使用好四對(duì)八梁,支柱初撐力≧90kN
⑸、工作面上、下出口及兩巷,超前支護(hù)必須用液壓支柱和長(zhǎng)鋼梁,距煤壁10m范圍內(nèi)打雙排柱,10~20m范圍內(nèi)打單排柱。高度不低于1.6m,有0.7m寬人行道、柱距0.8m。
⑹、控頂距不超規(guī)定,采空區(qū)冒落高度普遍不小于1.5倍采高,局部懸頂(<10m2)和冒落高度不充分用叢柱加強(qiáng)支護(hù),超過(guò)的要強(qiáng)制放頂。
⑺、切頂線支柱數(shù)量齊全,無(wú)空載支柱和失效支柱,擋矸有效。特殊支護(hù)(戧柱、戧棚)符合要求。
5.3 預(yù)防冒頂事故建議
⑴、加強(qiáng)工作面工程規(guī)格質(zhì)量,嚴(yán)格按采煤工作面質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化要求架棚。支柱必須成排、成行,迎山有力,初撐力不少于90KN。
⑵、支柱架設(shè)必須根據(jù)煤層頂?shù)装迤露榷?,?yán)禁架在浮煤、浮矸上,嚴(yán)禁鞋上穿鞋,帽上帶帽,嚴(yán)禁架設(shè)光頭支柱,底??松軟時(shí),要穿鞋支護(hù)。
⑶、合理布置好炮眼,按規(guī)定裝藥,防止放炮時(shí)崩倒支柱,對(duì)于放炮打倒、崩走樣的支柱(或者漏液倒的支柱),必須及時(shí)扶好,補(bǔ)齊更換。
⑷、如果工作面出現(xiàn)抽槽、漏頂,首先對(duì)其周圍支護(hù)進(jìn)行加固,然后用木子抬好一梁三柱的走向棚,棚距為0.8m,并用板皮和擋矸簾背接好頂板。
⑸、認(rèn)真做好回柱放頂工作,嚴(yán)禁超挖采煤,抓好工作面的正規(guī)循環(huán)作業(yè),控制頂板壓力。
⑹、加強(qiáng)工作面上、下安全出口和上、下巷道的修理和維護(hù),保持上、下巷道的支護(hù)完整和暢通。需要改棚時(shí),必須堅(jiān)持先支后改的原則。

參考資料:
1、《回采工作面設(shè)計(jì)規(guī)范》。
2、《煤礦安全規(guī)程》、《采煤工種技術(shù)操作規(guī)程》,
3、礦井礦壓顯現(xiàn)觀測(cè)資料。
4、《單體液壓支拄使用方法》


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消防技術(shù)檢測(cè)站,是自收自支的事業(yè)單位,實(shí)行獨(dú)立核算,所收取的檢驗(yàn)費(fèi)應(yīng)本著以盈利為目的的原則,適當(dāng)收取成本費(fèi)。

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