交流会资料（定稿）
2020-03-03 17:50:26 来源：范文大全收藏下载本文
回采工作面采掘顶板管理
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单位名称：黄陵矿业集团一号煤矿邮编：727307
【摘要】：顶板管理一直是一号煤矿在煤矿安全生产过程中的重点安全工作，从掘进回采巷道顶板的超前支护、切眼破碎顶板的注浆加固、初采初放阶段两落山角强制放顶孔的应用以及回撤工作面顶板新支护工艺等，一号煤矿实施了一系列安全技术措施，进一步提高了我矿顶板管理工作，实现了矿井回采工作面采掘顶板安全管理。
【关键词】： 顶板管理回采巷道超前支护切眼注浆加固放顶孔回撤工作面新支护1前言
一号煤矿井田煤层倾角为北～北西单斜构造，煤层倾角1～3º，煤硬度一般为f=2～3。矿井水文地质类型为以裂隙充水为主的简单型。2#煤是井田内唯一可采煤层，煤层顶板为基本顶、直接顶和伪顶，伪顶多为泥岩和炭质泥岩，直接顶以泥岩、粉砂岩、细砂岩为主；基本顶（老顶）以中、细粒砂岩为主。底板为泥岩、砂质泥岩，也有少量炭质泥岩，层位稳定，岩石硬度f=4~6。
顶板管理工作一直是一号煤矿安全生产工作中的难点，其中包括回采巷道掘进工作面顶板的管理、切眼破碎顶板支护、初采初放阶段落山角的顶板管理及回撤工作面的顶板支护等问题，为了解决生产过程中的这些难点问题，一是我矿在309进风顺槽使用了交错式超前临时支护，彻底解决了回采巷道掘进临时支护问题。二是在607回采工作面为了保证在工作面安装、初采初放及回撤阶段能够安全的进行施工，首先我矿采用顶板注浆工艺对607破碎顶板进行加固，以此保证切眼顶板的完整性，加大支护强度。其次在回采工作面初采初放阶段，607工作面两落山角悬顶面积过大，我矿采用打强制放顶孔对顶板进行管理，确保回采工作面初采初放阶段工作面的安全管理工作。最后在回撤时，为了使支架能够快速安全的回撤，我矿在回撤工作面采用支护新工艺，进一步提高回撤效率，完成回撤工作。
2交错式临时支护的使用
2.1交错式临时支护使用背景
在回采巷道掘进过程中，我矿使用的临时支护为机载临时支护，但使用效果一直不明显，存在以下问题：
1）支护面积小。该装置顶梁长2.2米，宽1.7米，而顺槽宽度为4.4米，实现不了全断面支护。在进行锚杆支护和铺网时，人员仍处于空顶区域，存在着一定的安全隐患。
2）该装置结构强度不够，易出现断裂、开焊等情况。
为解决以上问题、缓解矿采掘接续紧张的被动局面，我矿成立了“回采巷道快速掘进技术研究与应用”项目课题领导小组，并于2011年8月引进了由沈阳天安矿山机械科技有限公司生产的ZJC2X800/21/30型交错式掘进超前支护装置。
该超前支护装置是在认真总结国内外综掘技术成果，分析研究各种掘进支架特点和使用经验的基础上并结合我矿现场的使用条件而设计的，已于2011年9月初率先在309进风顺槽推广使用。
2.2使用过程
2011年9月初正式在309进风顺槽推广使用超前支护装置，该装置外形尺寸符合井下掘进顺槽的几何尺寸，外侧宽度4.1米，内侧宽度3.76米，最低支撑高度2.3米，最高支撑高度3.5米；该装置由立柱、千斤顶、前梁、顺梁、横梁等组成，由液压系统控制能实现自移行走和各种动作。在此装置下，能够保证掘进工作面的作业人员和掘进机始终处于安全状态，并实现了掘进---临时超期支护---永久支护的衔接过渡。 3切眼破碎顶板注浆加固
3.1607工作面切眼概况
一号煤矿607工作面为六盘区第四个回采工作面，工作面切眼长度201m，宽度6m，高度2.7m。切眼设计采用锚索、锚杆、锚索槽钢梁、工字钢单体联合支护。切眼采用两次成巷综掘机械化掘进，一次巷先掘进4m宽，后二次巷扩帮2m。锚杆支护：锚杆杆体为φ18圆钢，反麻花端锚，长度1.8m，每孔用两节长度350mm树脂药卷，锚杆间排距为800mm，“七—八”布置。锚索支护：锚索钢绞线φ15.24 mm，长度6.3m，锚深6m，每孔用六节长度350mm树脂药卷，锚索间排距为1200mm×2000mm，每排四根锚索。锚索槽钢梁支护：锚索钢绞线φ15.24，反麻花端锚，长度6.3m，锚深6m，每孔用六节长度350mm树脂药卷，槽钢梁用16#槽钢加工，
梁长3m，每根梁上三根锚索，锚索槽钢梁排距2000mm，每排两根（由于二次成巷，每排槽钢梁两根对接，分别施工）。扩帮后再及时采用工字钢单体支护。工字钢梁长4m，齐柱并梁，一梁两单体。
607工作面切眼一次巷掘进126m后，切眼顶板破碎，随掘随冒，冒落顶板宽度1m—2.5m，冒落厚度0.3m—1.2m。掘进采用短掘短支，加强支护。掘进循环进度由原来3m缩小到0.6—0.8m，锚杆间排距缩小到0.6m，锚索直径加大到17.8mm，锚深增加到8m。掘进后顶板下沉，下沉量最大达380mm。
3.2切眼顶板破碎原因分析
607工作面切眼顶板为黑色泥岩、灰白色细砂岩互层顶板，层厚为200mm—500mm，层理裂隙非常发育。607工作面切眼126m—196m段顶板破碎特征和相邻的北二辅助运输大巷顶板情况相似，说明此范围内煤层顶板岩层破碎。切眼方向和顶板裂隙发育方向接近，是切眼顶板破碎的又一主要原因。
3.3注浆加固支护设计及参数选择
①设计依据
由于607工作面切眼要进行二次扩帮成巷，必须对一次巷顶板破碎段进行加固处理。根据607工作面切眼一次巷顶板破碎情况，结合切眼已采取的支护形式和支护强度，切眼已采取锚索、锚索梁加强，采用注浆加固方案可提高顶板强度和整体承载能力。注浆加固方案可行，技术成熟，易于施工。
②注浆加固方案
首先对切眼顶板破碎段进行喷射混凝土，封闭顶板，防止顶板风化破碎加剧。采用深浅孔结合，注浆加固顶板。
③注浆加固参数
注浆孔间距2m，排距4m，深浅孔间隔布置。施工中根据注浆情况可进行间排距调整。注浆深孔垂直孔深8m，注浆浅孔垂直孔深5m，施工中根据钻孔角度调整钻孔深度。
注浆孔采用锚杆钻机施工，孔径42mm。施工中尽量保证孔成形，便于孔内套管和封口管安装。由于顶板破碎，孔内套管宜采用直径10mm左右钢管，注浆深孔套管深度7m, 注浆浅孔套管深度4m。钢管分段用管接头联结。
注浆压力为2-4MPa，根据注浆材料不同以及注浆速度，进行合理选择。
注浆材料：固帮得。按照材料本身A、B料1：1配比使用。
注浆动力：空压机配合气动双液注浆泵。
4初采初放阶段强制放顶孔的应用
4.1强制放顶孔应用立项背景
一号煤矿综采工作面采用长壁后退式采煤法,工作面一次采全高,全部垮落法管理顶板。607工作面在初采初放阶段进、回风落山角悬顶面积大于规程规定, 有时长达二十多米，对瓦斯治理、顶板管理带来隐患，以往执行的退锚措施已不能满足顶板管理要求，为进一步加强综采工作面顶板管理,保证落山角处顶板能够及时冒落,利于瓦斯治理。生产技术部经过对607顶板岩性的力学分析，采取了在超前打孔强制放顶方案。
4.2内容
（1）机理
打强制放顶孔是在顶板上采用成排深孔来破坏顶板的应力分布，使顶板的整体性得到破坏,增大了直接顶的裂隙程度，同时增大了顶板冒落时剪切力的破坏强度。孔深是根据直接顶岩性厚度所定。
（2）孔眼布置方式
打孔强制放顶采用锚索钻机打孔，孔径为25mm，孔深为4000mm，孔间排距为300×3200mm。从煤壁向外3m开始打第一排孔，钻孔由里向外施工，施工位置在两排锚索梁中间，钻孔施工范围（松动顶板长度）与每天生产班推进度要基本一致，循环作业，既要保证超前支护强度，又满足放顶效果（附图）。
5回撤工作面支护新工艺的应用
5.1607工作面新扩帮支护方案简介
①607工作面回撤扩帮净宽3.0m，高2.7m，回撤路线为进风顺槽。
②工作面煤墙距停采线12.4m开始挂网，先挂三趟单网后再挂双网，网为10#铁丝菱形网，网长10m，宽
1.2m。目的是使采空区垮落后铁丝网可以起到挡矸作用，第一趟单网采用锚杆固定，锚杆规格为Φ18×1800mm的金属锚杆，间距为1500mm，锚杆布置在支架架间空隙中。单网长边搭接为200mm，短边搭接为500mm；挂双网开始长边搭接为600mm，短边搭接为500mm，（即第四趟网与第三趟网长边搭接为600mm，第五趟网与第四趟
网长边搭接为600mm），依次类推。所有连网采用14#双股铁丝扭结，扭结不少于3圈，每米扭结点不少于5处；单层网必须上下网长边通连，双层网必须三层网长边通连；短边必须连双排。
③沿工作面方向距停采线7400、6200mm、5000mm处各打一排锚杆，位置为停止拉移支架时锚杆在液压支架顶梁上方，锚杆规格为Φ18×1800mm的金属锚杆，锚杆间距为1500mm，锚杆布置在支架架间空隙中。在挂第四趟网(即第一趟双网)起开始挂钢丝绳，钢丝绳为Ф24mm，间距600mm。第一趟钢丝绳挂在第四趟网与第三趟网长边搭接下，第二趟钢丝绳挂在第五趟网与第四趟网长边搭接下，用双股14#铁丝和经纬网扭结，扭结不少于3圈，每米扭结点不少于5处。钢丝绳在机头机尾架各富余出1~2m，钢丝绳两端必须用导链拉直拉紧固定在起吊锚杆上，若钢丝绳长度不够时，连接钢丝绳处搭接长度不小于2m，且不少于三对钢绳卡子，前后两趟钢丝绳搭接段尽量错开20m以上。
④距停采线3m时停止拉移支架，改用单体推移运输机，割出回撤通道。607工作面扩帮后采用锚杆+菱形金属网（双层）+锚索+锚索梁联合支护，锚杆间排距800×800mm，\"三四\"布置，沿工作面方向第一排锚杆距支架前梁300mm；锚索间排距1000×3200mm，矩形布置，沿工作面方向第一排锚索与支架前梁距离为1000mm，第二排与第一排距离为1000mm，采用φ17.8×8300mm钢绞线，锚深8.0m，每孔用直径23mm药卷（L=700mm）3卷；锚索梁间距3200mm，采用2.6m的槽钢，一梁三索，采用φ17.8×8300mm钢绞线，锚深8.0m，锚索梁打在两排单锚索之间。网为10#铁丝菱形网，网长10m，宽1.2m，网搭接长边不小于600mm，短边不小于500mm，搭接处用双股14#铁丝扭结，扭结不少于3圈，每米扭结点不少于5处，双层网必须三层网长边通连；短边必须连双排。
⑤扩帮后煤壁采用菱形金属网+金属锚杆联合支护，煤墙上打三排锚杆，锚杆间排距为1000×1000mm，菱形布置，锚杆加木托板，挂单层10#铁丝菱形网，长短边搭接不小于200mm。
6结论
6.1交错式临时支护使用效果
1）提高循环进度
使用该装置前，回采巷道循环进度为4米，锚索梁距工作面最大距离不能超过15米，且帮锚、帮网紧跟工作面，在满足上述支护要求、设备、系统安全可靠的前提下，每班进尺8米左右，最多未超过10米。
使用该超前支护装置后，回采巷道每循环进度为5米，锚索梁距工作面最大距离不能超过25米，帮锚、帮网紧跟支架后，在满足上述支护要求、设备、系统安全可靠的前提下，每班进尺能达到10米，日进尺达20米。
2）提高月度进尺
使用该装置前，月度进尺为450米左右；使用该装置后，9月份309进风顺槽掘进进尺为535米，施工钻场28米，月进度较之前提高了10%以上。
通过使用前、后对比，得出：使用该装置后，可加快回采巷道掘进进度、提高掘进工作面单进水平，对于缓解我矿采掘接续紧张的被动局面，具有重要意义。
3）提高了安全性
该装置整体为框架式结构，总长约7.26米左右，可以保证掘进机机身、司机完全掩护在该装置下且不受破碎顶板的威胁；锚杆等永久性支护作业时，作业人员始终处于超前支护顶梁下方，作业空间大且安全程度高；移架步距大（推移步距1米），为整体排式，强度好，性能可靠，可及时支护因片帮暴露的顶板或掘进机掘进后新暴露处顶板。
立柱初撑力为11.7t，可以缓解顶板的下沉，对顶板管理有利。
6.2切眼顶板破碎时顶板加固的优点
①由于切眼采用锚索、锚杆、锚索槽钢梁支护，通过注浆加固，可形成一个不同层位的复合锚固体，增加切眼围岩的整体强度和承载力。
②通过喷射混凝土和注浆加固减少顶板风化、离层破碎，减少锚索、锚杆失效，减小破碎围岩体的塑性变形圈，充分发挥锚索、锚杆、锚索槽钢梁支护作用，有利于巷道支护效果。
③注浆加固技术和锚喷技术配合应用，对破碎顶板、软岩巷道、过地质构造带巷道支护加固及巷道维修是比较经济实用的成熟方法。
通过对607工作面切眼一次巷顶板破碎段进行注浆加固，一次巷无明显顶板下沉，顶板压力稳定，切眼二
次巷扩帮顶板完整，607工作面已安全顺利安装。
6.3回采工作面初采初放阶段强制放顶孔应用的效果
未施工钻孔放顶之前落山角悬顶长度一般在10米以上，长时可达20多米，采用打孔强制放顶后，根据607初采初放阶段观测，落山角顶板垮落效果明显好转，随回采移架能及时垮落，切顶线后悬顶最长只有5m。
6.4回撤工作面顶板支护的效果
①闭采阶段：
原回撤工作面在扩帮前不对顶板做任何支护，致使支架抽出后顶板冒落不受控制，窜出大量矸石，不仅给回撤相邻支架造成困难，同时带来不安全因素。新支护方案中提前在顶板铺设铁丝网，同时在支架顶梁上使用金属锚杆对顶板进行支护。这不仅降低了支架抽出后顶板冒落的剧烈程度，而且起到了良好的阻挡矸石的作用。根据607工作面回撤中实地观测，挡矸效果良好，待回撤支架靠已回撤支架一侧2~3m范围内基本没有窜出的矸石。
②扩帮支护：
原回撤工作面扩帮后采用锚杆+锚索+长钢梁联合支护，钢梁采用一梁两柱，间距1m，锚索钢绞线规格为φ15.24×6300mm，同时每台支架下打两根木点柱。新支护方案中采用的是锚杆+菱形铁丝网（双层）+锚索+锚索梁联合支护，钢绞线规格为φ17.8×8300mm，取掉了木点柱及钢梁支护，大大减少了搬运单体、钢梁等支护用品的劳动量，降低了工人的劳动强度。锚索支护强度的加大避免了过去支架抽出后回撤通道顶板随即冒落的现象，并且保障了回撤三机期间工作面顶板的安全。
③煤壁支护：
过去回撤工作面设计中不包含工作面煤壁的支护设计，通常视情况进行补打，造成煤壁支护不及时，容易出现片帮，煤壁不平直。新支护方案中直接包含了工作面支护设计，采用菱形金属网+金属锚杆联合支护，金属锚杆下加木托板。及时对煤壁支护有效地控制了煤壁压力，使金属锚杆充分发挥作用，煤壁平直，不片帮。
④支护材料、工效、人员劳动强度：
1）、支护材料方面：据准备队统计，原605回撤工作面共使用单体500根、工字钢梁136根、圆木272根，不仅材料费、运输费巨大，同时职工的劳动强度相当大，其中包括地面装车、井下搬运及维护。
2）、回撤工效：原工作面在回撤时，矸石极易将工作面的边架、掩护架掩埋，在严重时每班要用半个班的时间用来清理矸石。同时每个班还要将回出的单体、钢梁、圆木运出装车平台装车，基本上每班最多回撤4台支架，条件不好时一个班回撤2台支架。现采用的新支护方式，不但顶板、巷帮挂了网，也取掉了单体和钢梁。这样每班施工时不但不用清理撤架留下的矸石，也不用回收单体和钢梁，现每个班一般情况下回撤6台支架，最少四台支架。若不受进顺巷道坡度影响，每班回撤6台以上支架是不成问题的。这样就大大提高单班回撤台数，缩短回撤工期。
3）、人员方面：原支护方案中回撤支架每班最少12人，新支护方案回撤支架每班最多10人即可，每天可减少6人。
4）、工期方面: 原支护方案回撤支架（136台计算，每天回撤8台）一般需要17天，而607工作面新支护方案回撤支架（136台计算，每天回撤12台）只需12天就结束回撤支架任务。比原支护提前5天。据统计，在用工方面607回撤工作面比605回撤工作面回撤支架实际用工数减少了409个。
⑤安全方面：
原支护下随着支架的抽出，顶板垮落大量的矸石进入边架、掩护架里，对工作人员相当危险。且在抽架时，已抽出支架空顶区长5米，宽1.5米，架设临时支护随时受到冒落矸石的威胁。同时，工作面内单体有卸载和被运输车辆碰倒的安全隐患，巷道片帮煤也会对行人造成危险。在以往回撤时，经常有碰手碰脚工伤发生。而新支护顶板上挂有铁丝网，顶板垮落的矸石不能进入工作区内，大大减小了矸石伤人的可能性。支架顶梁上打有三排锚杆，不需要架设临时支护。巷帮采用帮锚杆+铁丝网支护，工作面内没有片帮煤出现。
⑥工程质量及文明生产：
原支护方案中在回撤通道中到处是窜出的矸石和顶板掉落的浮矸，加上巷帮片帮煤，工作面文明生产较差。在回撤区域内单体不断升降，也容易形成积水和淤泥，不仅影响人员行走，也对工程质量及文明生产非常不利；由于支架顶上矸石清理不干净也会造成大巷到处撒落的矸石，影响整个运输区域的文明卫生。而采用新支护方案时，矸石不能进入拆除区，支架顶上也没有矸石，不会对工作面、运输区域文明卫生造成影响，保证了工作面的工程质量及文明生产。
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