破碎頂板施工工藝研究

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1問題提出

4314工作面為長平礦井一個大采高工作面、大傾角開采工作面，大傾角影響推進380m。工作面機頭低、機尾高，其中有250m機頭機尾高差在20m以上，最大高差達36.4m，生產過程中極易造成溜子前竄、支架傾倒、機尾割不透、機尾三角區空頂面積增大等難題，稍有不慎工作面就瀕臨停產。對此情況，長平公司制定完善的大傾角大采高破碎頂板工作面回采方案，采用磨機頭、單向頂溜、打戧柱、工作面偽傾斜推進、靠架扶架、降低采高、機尾擴幫、機尾三角區打密集柱等多種措施，解決了4314大采高工作面因機頭機尾高差過大、工作面頂板偽頂破碎嚴重等因素造成的刮板輸送機前竄、支架歪斜度超標、支架擠架咬架、機尾割不透、機尾三角區空頂面積過大等難題，為工作面的順利回采提供了可靠保障。

2解決方案

2.1刮板輸送機前竄控制

工作面機頭機尾高差過大，勢必造成工作面溜子前竄、機尾割不透、機頭安全出口不暢等眾多負面因素，必須從一開始就加強刮板輸送機的控制工作。（1）工作面采用磨機頭配合單向頂溜方法調整，磨三角次數與長度視具體情況而定。一般磨三角時，磨三至五次必須走一個整循環，以免造成溜子彎曲度過大并使溜子反方向移動；磨三角過程中同時調整溜子、支架，避免出現溜子、支架在工作面分成臺階，保證溜子、支架始終成一直線，最大限度保證架間距均勻，推移千斤頂與溜子垂直。（2）機組割煤通過后，由機頭向機尾依次單向頂溜，逐漸調整支架框架偏向機尾方向，利用支架推移框架將溜子頂向機尾。（3）推移機頭前在溜子與煤柱間打戧柱，防止推移過程中溜子下滑。（4）在機頭磨角效果不明顯時，需進行調架，即用單體柱調整支架底座方向；將支架底座擺向機尾后開始拉架，讓支架底座向機尾方向擺，以使在推移溜子時框架受底座限制帶動溜子向機尾方向移動。（5）采用單向割煤配合單向頂溜方式。溜子前竄嚴重時，機組從機尾向機頭割過煤后，后方不頂溜，在割至機頭后空刀返回機尾，即機組單向割煤；然后從機頭向機尾方向依次單向頂溜，利用支架推移框架將溜子頂向機尾方向，讓其向機尾移動。（6）將工作面調成偽傾斜開采，工作面機頭機尾保持適當的距離（機頭超前機尾15~20m），回采時保持工作面偽傾斜。（7）根據現場情況，利用支架側護板和單體柱輔助調架。最大限度的利用側護板之間相互作用力，調節支架；用單體柱調架，就是利用單體柱將調斜的支架的底座進行調架，使支架和框架之間有向上的角度，推溜時由此角度產生的推溜分力，加之改變推溜方向可以抵消溜子的前竄，達到控制溜子的作用。調架必須在移架的過程中進行。（8）采取單體柱輔助頂溜的方法來控制溜子的前竄下滑。利用單體柱斜向配合框架頂溜配合的方法控制溜子竄前，具體做法為單體柱的一端打在本架的溜槽底部，另一端打在機頭方向相鄰架的底座上，用遠程供液操作，與支架推溜千斤頂同時推溜，利用單體柱增加反方向作用力來控制溜子。

2.2工作面支架倒架、擠架、咬架控制

（1）升緊工作面支架，達到初撐力要求。支架在本身重力作用下，存在向機頭方向傾斜的趨勢，支架若升不緊達不到初撐力，勢必增加倒架的可能性。（2）相鄰支架兩人配合操作，利用支架側護板調架、靠架，利用側護板之間的相互作用力，適當調節支架頂梁帶動整個支架，從而減小支架歪斜度；如本架降架拉出——將相鄰機尾支架的側護板收回——本架側護打出同時升緊支架。（3）利用機組靠架：將支架小護幫板收回，大護幫板與底板垂直，采煤機搖臂抬升至適當高度，啟動采煤機行走系統進行扶架作業。（4）墊方木減小支架度數：拉架時利用吊架千斤吊起支架底座，在支架機頭側底座下墊方木，拉架過程中將方木拉入底座下升緊支架。（5）單體柱調架、靠架：在降架、拉架、升架過程中，利用單體柱對傾斜的支架的頂梁（或立柱）施加側向作用力，減小支架傾斜角度。（6）控制架間距，防止頂板漏矸影響靠架；如發生漏矸使用板梁打丁字棚維護減少漏矸。

2.3工作面采高控制

（1）由于工作面沿走向方向頂板下沉量大，機組與溜子下臥跟不上頂板下沉速度，工作面下山回采期間采高控制在4.5m左右；機組臥底量每刀控制在100~150mm，采取“臥兩刀平三刀”的方式推進。機組司機嚴格控制下臥量，防止溜子下沖嚴重出現吊溜情況。（2）機組司機割煤過程對頂底板平整度進行控制，杜絕出現馬棚和驢脊梁。

2.4工作面頂板控制

工作面頂板有一層偽頂，穩定性較差，同時由于工作面傾角大，工作面偽頂極易垮落，從而會使支架蹬空、接頂不實，造成支架失穩、傾倒，就會嚴重影響工作面正常生產。需要采取：（1）移超前支架。在工作面偽頂破碎區段，及時移超前支架，使支架前梁擠緊煤幫，護幫板真正起到護幫作用。（2）分段停機移架。因工作面傾角大，工作面割煤與移架工序不能同時進行，如果等煤機割完一刀后工作面再整體移架，機道空頂時間太長，對工作面頂板破壞程度大，容易出現掉頂、漏頂現象，為此，采取工作面分段停機移架方式，每隔15~30m停機移架；在工作面頂板破碎時，每3~5m分段停機移架及時支護頂板。（3）帶壓擦頂移架。因工作面傾角較大，如果采用正常操作程序降架移架容易出現抽頂現象，因此，采取帶壓擦頂移架方式進行移架操作，使頂梁與頂板保持一定的支撐阻力，帶壓前移。這樣頂板不會出現明顯松動，可有效控制頂板。（4）確保支架初撐力達到標準要求。加強乳化泵站的檢修力度和乳化液濃度的配比要求，確保泵站供液輸出壓力不低于30MPa。每班安排專人對支架進行二次補液，確保支架初撐力達到24~30MPa。加強支架維修力度，杜絕支架自動卸液現象。（5）采用注漿加固煤體，提高工作面煤幫承載力，并對破碎頂板進行固結，最大限度增大破碎頂板完整性。采用金鼎加固一號對工作面煤壁和頂板進行預加固。注漿采用單排眼形式布設注漿鉆孔。注漿眼布置在距底板3m處，眼間距5m，深度8m；角度與水平面成25°左右；封孔2m，孔徑42mm。漿液在泵壓的作用下擠壓或滲透到破碎煤巖體的大大小小的裂隙中去，漿液固結后，以固體的形式充填在裂隙中并與巖體固結，在巖體內形成新的網絡狀的骨架結構。充分發揮圍巖的自穩能力，并與煤壁原有支護體系共同作用，從而減輕原有支護體系承受的載荷，改善煤壁圍巖應力分布，大大減小煤壁頂板下沉量。

2.5機尾三角區密集棚支護和煤壁擴幫處理

在回采過程中，工作面機尾三角區空頂面積較大，需要在機尾切頂線和三角區處進行密集棚支護，密集棚間距400mm，每排布置12~14根單體柱支護。同時，對于工作面機尾割不透的情況，安排專業隊組對機尾工作面側煤幫提前擴幫1m，為后期回采提供便利條件。

3效果

通過采用大傾角大采高破碎頂板工作面回采工藝，采取綜合管理措施，4314工作面目前已經順利推進了260m，在此期間，工作面保證了4刀/d的回采進度，未發生因傾角過大出現倒架等不良因素導致工作面停產狀態。該技術的應用，為礦井以后三盤區、五盤區大采高工作面類似情況下的回采積累了寶貴經驗，同時也為其它礦區類似大傾角大采高工作面的回采施工的組織方案提供了可靠的技術指導作用。

作者:楊文暉 單位:晉煤集團長平公司