复合顶板动压下综采工作面撤除前顶板的控制与研究

复合顶板动压下综采工作面撤除前顶板的控制与研究

朱玉军

山东能源集团新汶矿业集团公司翟镇煤矿山东新泰271200

摘要：本文根据临县裕民焦煤有限公司（煤矿)复合顶板动压巷道实测资料，对综采工作面动压撤除前的顶板、矿压显现机理进行全面得分析，提出有针对性的控制措施。

关键词：复合顶板；矿压显现；综采撤除；控制措施

1矿井概况

1.1地形地貌特征

临县裕民焦煤有限公司（煤矿)为黄土高原地貌，地形侵蚀，冲刷剧烈，坡度较陡，形成特有的梁峁景观，地势总体上南东高、北西低，最高处位于井田南部边缘，标高为1112.4m，最低点位于井田北西角，标高905.0m，最大相对高差为207.4m，属中低山区。

1.2地质构造

5104S面所采5号煤层位于山西组下部，煤层平均厚度为3米；含0-3层泥岩夹矸，顶板多为砂质泥岩、泥岩及薄煤层，底板大部为泥岩、砂质泥岩。煤层倾角较小，倾角50～80，属近水平开采。4号煤层厚度为0.70-3.23m，平均1.51m，在井田西南、东北和南部大片与5号煤层合并。煤层之间含约1m夹矸，结构简单。煤层稳定全区可采。顶板为砂质泥岩，泥岩或细砂岩，底板为泥岩或砂质泥岩。井田内以南未开采。

顶、底板岩性特征表

2施工方案及措施：

2.1提前铺金属菱形网方法及措施

2.1.1当工作面采至距停采位置12.5m时，开始沿巷道走向在支架前方铺设8#铁丝编制的金属菱形网，菱形网规格：6000×1200mm。施工时，工作面煤机割煤后，首先在支架前端敷设一根直径不小于15.5mm的钢丝绳，用于固定菱形网。钢丝绳两端固定在回风顺槽、运输顺槽顶板锚杆上。工作面顶板每间隔10架打1根锚杆，用于工作面中部固定钢丝绳，然后将菱形网在机道内全面敷开，横向连接并固定菱形网。铺设好菱形网后，将支架前移，及时升起支架使支架前梁接触顶板，金属菱形网压在顶梁上部。菱形网与菱形网之间搭接约100mm，使用双股14#铁丝每隔200mm联一道或使用螺旋丝联接或使用8#铁丝联接，联接固定要牢固。

2.1.2铺设第一排菱形网后，随着工作面推进，支架前移，按照自下而上或自上而下顺序继续铺设菱形网。施工时，金属菱形网铺设好后，一人用长把工具站在人行道内将金属菱形网挑起，另一人移架压好菱形网，然后移溜，工作面继续推进。煤机推进一茬后，若宽度大于金属菱形网走向宽度时，再沿横向铺设金属菱形网，拉架移溜，推进工作面，依次铺设金属菱形网。

2.1.3铺设金属菱形网后，施工人员首先将金属菱形网用专用工具固定在支架顶梁上。煤机运行过程中，煤机司机时刻注意观察滚筒及支护状况，防止煤机滚筒割网。

2.1.4移架过程中，施工人员时刻注意观察菱形网情况，防止出现擦网、破网现象。发现撕网时，必须及时处理，重新联网或敷设新网，确保联网合格。

2.1.5工作面支架随推进随及时铺设金属菱形网。确保支架推进到停止位置后，支架后方铺网长度不小于5.7m，以防止矸石外漏，保护支架，便于回撤。

2.1.6铺设菱形网时，2～3人一组操作。人员进入机道时，首先将煤机、前刮板输送机停电闭锁，煤机牵引手把回零,离合器手把打至分离状态，然后施工人员使用长把工具对顶板及煤壁侧敲帮问顶，摘除危岩悬矸，确保施工人员安全后，方可施工。

2.2工作面机道铺设钢带打设锚索、锚杆方法及措施

2.2.1当工作面铺网推进5.7m后，开始敷设钢带，钢带采用锚杆及锚索支护。至工作面停止支架前移，在支架上方需打设4排钢带，架前需打设5排钢带，共计9排。

2.2.2施工时，煤机每提机或推机约20m后，停止煤机、刮板输送机运行，开始在已经铺设好的金属菱形网下铺设钢带打设锚杆、锚索。当顶帮压力大、顶板破碎时，首先及时支设临时支柱或贴帮点柱。锚杆锚索打设完毕后，及时移架支护机道，并回撤及清理机道内点柱、工具、浮煤、杂物后，移刮板输送机，然后再提机或推机约20m一次，停煤机、刮板输送机，继续铺设钢带打锚杆、锚索，直至割煤至刮板输送机机头（机尾），将机道内锚杆、锚索打设齐全后，然后开动煤机进行吃刀。吃刀后，将煤机在机头（机尾）停放位置的锚杆、锚索补打齐全。施工时，施工人员可分段作业，相互之间距离不小于5m，不大于10m。

2.2.3第一排钢带支护完成后，工作面继续推进，按照以上的施工顺序依次施工第2排、第3排……第9排锚杆、锚索。

2.2.4挂网铺设钢带打锚杆锚索时，3-4人一组。菱形网沿倾向铺设，并且网与网搭接处使用14#双股铁丝或使用螺旋丝联接。铺网、联网时，必须确保网搭接严密。打设锚杆、锚索距离煤机最小距离不小于5架。施工过程中发现来压强烈等异常现象时，要及时撤出机道，待压力稳定后再进行作业。

2.3工作面推进至停采线时煤帮打设锚带网方法及措施

2.3.1当铺网推进8.7m后，即推进至第4排钢带前约0.3m位置，停止移动支架，将工作面刮板输送机与支架联接处断开，在刮板输送机与支架之间每间隔约1.5m放置一棵液压支柱，用于煤机割煤后推移刮板输送机。支架与刮板输送机断开后，继续割煤、扩帮，再推进3.8m至停采位置，需再打设5排钢带。

2.3.2采用煤机扩帮前，先将工作面刮板输送机沿煤壁顺直，然后割煤扩帮按照顶板打设锚带网施工顺序施工剩余钢带、锚杆、锚索。

2.3.3当扩帮至停采位置后，将顶板锚带网支护完，煤机放置在指定位置，将煤机开关打至断电位置，离合器手把处于分离状态，牵引手把回零，然后支护巷帮。

2.3.4支护巷帮时，首先贴煤壁沿竖直方向铺设8#金属菱形网或塑钢网（规格6000×1200mm），打设帮部锚杆。排间距：1000×1000mm。施工时，根据现场顶帮受压状况及时支设贴帮柱，防止片帮伤人，确保施工安全。

2.3.5单体液压支柱移刮板输送机时，必须两人以上操作，以支架底座作为支点，点柱底部顶刮板输送机，点柱顶部顶支架底座。点柱与底座、刮板输送机之间加设长宽大于300mm厚度大于30mm的防滑木并栓防崩绳，人员躲至支架立柱后面远距离操控液压支柱，以防止点柱受压滑动伤人。当点柱长度不够时，在底座与点柱顶部加衬道木增加长度。

2.4两端头支护方法及措施

2.4.1工作面停采后，为保证工作面撤除前两端头支护强度，工作面上下端头采取打设锚索支护方式进行控制顶板。打设的锚索走向间距1.0～2.0m，倾斜方向间距1.5m。打设锚索加固长度约20m。

2.4.2锚索打设完毕后将原上、下隅角部分液压单体支柱撤除，更换为一梁三柱加强支护。更换时，严格执行先支后回原则，不少于三人施工。先贴近点柱一侧打设一棵点柱，托住π型钢一端，然后打设中间一棵，最后打设另一侧点柱。顶梁采用长度约3.0mπ型钢。

3支护方式及质量要求

3.1临时支护形式

3.1.1施工时，当顶帮压力大，及时托钢带支设单体液压支柱作为临时支护，点柱戴帽；有片帮危险的地点及时支设贴帮点柱，确保人员在有效支护下施工。支设的单体必须进行穿鞋戴帽并挂好防倒绳。压力显现不明显时，可增大单体液压支柱间距，严禁空顶作业。支柱间距约2.0-3.0m。

3.2永久支护

3.2.1顶板采用锚带网和锚索联合支护。锚杆：φ20×2000mm，锚索：φ15.24×8000mm、8#铁丝编制的菱形网：6000×1200mm；M型钢带3800×160mm，厚度3mm。菱形网铺设方向与走向方向一致，锚杆、锚索、钢带沿倾斜方向布置。锚杆间排距900×900mm，顶板锚索间排距为2700×900mm。

3.2.2帮部采用锚杆网支护。锚杆：φ18×1800mm，8#铁丝编制的菱形网或塑钢网：6000×1200mm；铺设沿竖直方向，锚杆沿竖直方向布置。排间距：1000×1000mm。

3.3质量要求

3.3.1锚杆支护规格：倾斜方向相邻的钢带搭接时，锚杆、锚索压茬1个孔，锚杆选用φ20×2000mm，金属全螺纹等强锚杆，每根顶板锚杆使用2块中速2350型树脂锚固剂锚固。每根帮部锚杆使用1块中速2850型树脂锚固剂锚固。帮部锚固长度不低于500mm，顶部锚固长度不低于700mm。

3.3.2锚杆安装牢固，托板紧贴壁面，不松动，螺纹钢锚杆预紧力300N.m，螺纹钢锚杆最小锚固力70KN。锚杆孔深允许误差±30mm，严禁深孔配短锚杆。锚杆外露长度10~40mm。钻孔前应根据设计要求确定孔位并做出标记。装填锚固剂前先将孔壁冲洗干净，快速搅拌时间不少于20s，预紧螺帽。

3.3.3锚索选用Φ15.24mm高强度锚索，低松弛、1×8钢胶线，长度8000mm，采用中速（2块）和快速（2块）2350型树脂锚固剂4块锚固，最小锚固长度不小于1500mm。锚索布置按“二一二”五花布置。锚索托盘压至钢带上。锚索外露长度150mm-250mm。锚索张拉预紧力应控制在80-100KN，锚索安装48小时后，如发现预紧力下降，必须及时补拉。涨拉时，如发现锚固不合格，及时补打合格的锚索。

3.3.4网搭接严密压实，菱形网和钢带铺平拉直，网间搭接100mm，用铁丝每隔200mm联一道，双丝联牢。要求钢带与菱形网和煤岩面紧贴。锚杆、锚索压网紧贴岩面。

4安全技术措施

4.1严格执行敲帮问顶制度，严禁人员空顶作业。在开工前、支护前及支护过程中及时进行敲帮问顶。敲帮问顶时，施工人员使用长度不低于2000mm的长把工具摘除顶帮的危岩悬矸，认真检查顶帮及支架情况，发现问题立即采取措施处理，确保安全后方可进行下一步工作。

4.2施工时，人员进入施工地点首先敲帮问顶,摘除悬矸危岩，在支护安全范围内作业。液压支架推进到规定位置不再移动后，继续打设锚带施工时最大控顶距煤壁不得超过1.2m，最小控顶距不得超过0.3m。

4.3人员进入机道内施工时，必须将面溜子、采煤机停电闭锁并按专人看电。

4.4巷道存在失效锚杆、锚索，应及时补打锚杆、锚索。当班验收员要对不合格的锚杆有详细记录。严禁使用过时、失效的树脂锚固剂。

4.5当发现顶板破碎或局部冒落时，应及时打超前锚杆，超前锚杆与顶板夹角不小于15°。

4.6凡顶板冒落高度0.3m以上，在钢带上补打锚杆，并将钢带上漏顶范围内用规格合适的木托盘将钢带与顶板接实。

4.7当工作面遇到下列情况之一时，必须立即停止作业，撤出所有受威胁人员，并及时汇报矿调度及有关人员。

①顶板来压，巷道变形速度剧增时。

②工作面遇有煤岩外移，涌水量增大等突水预兆时。

③巷道顶板离层严重时，大量锚杆失效时。

④顶板发出煤岩破坏的连续声响时。瓦斯超限时。

4.8工作面上下巷道必须通畅无阻，支护完好。每隔一定时间对巷道锚杆支护状况进行巡回检查，对顶板、煤帮失效的锚杆应及时补打，对托盘松动的要及时紧固。

4.9煤机割煤过程中顶板破碎或有掉顶片帮倾向时，必须立即停机，支设临时贴帮柱，加强顶帮支护。贴帮柱托方木支设，柱距根据现场施工而定。支柱拴好防倒绳，支设贴帮柱的位置尽量避开打锚杆、锚索的位置。支设时，一人支柱，二人扶柱，一人负责递送工具并照明监护等。回撤贴帮柱时，人员必须站在支柱的斜上方人行道内进行远距离操作，卸贴帮柱时要缓慢均匀卸荷，一人卸柱，二人拉柱，一人监护。发现顶板有下沉冒落危险时，立即停止卸柱，撤到安全地点，待压力稳定确认无危险后再卸柱。

4.10支设临时点柱时，将打设的钢带托起。贴帮柱支设时，应戴帽贴帮进行支护。支柱必须见硬底，拴齐、拴牢防倒绳。软底处穿铁鞋。

4.11工作面支护时，刮板输送机、煤机开关必须停电闭锁，并悬挂“有人工作，严禁送电”的警示牌”。闲杂人员应躲至安全区域。割煤时，支架护帮板可暂时不打开，等挂好网后再打开支护。专人监护好施工人员和支架操作阀及支架，确保施工安全。

结束语

大采高综采工作面回采过程中的顶板管理是工作面生产管理和安全管理中的一个非常重要的环节，工作面质量标准化一直保持行业一级水平。可见，通过改进和加强顶板管理，取得了较好的效果。

参考文献：

1.《实用矿山压力与控制》宋振骐.中国矿业大学出版社2002

2.《机械设备安装工程施工及验收规范》