关键词：综合机械化采煤；漏矸；防止
前言
近几年来,某煤炭公司原煤产量大幅度增加。其中80%以上的煤量来自综合机械化长壁采煤工作面,因此长壁采煤工作面的煤质直接影响到全公司的煤质。灰份作为煤质控制的主要指标之一,其构成除煤层赋存内在灰份以外,还包括外在灰份。根据该公司各矿井现有生产和管理技术水平,长壁采煤工作面采煤机割顶和割底已经杜绝,外在灰份主要来自工作面漏矸。因此,在现场生产管理中,加强长壁综合机械化采煤工作面顶板漏矸的预防与控制,对于促进原煤生产提高煤质有着重要的意义。
一、 顶板漏矸原因分析
1、采动影响
煤体在没有受到采动破坏之前,处于三向应力状态,受力大小相等,方向相反,所以煤体及上下岩体处于相对稳定状态。随着长壁工作面的回采推进,煤体的整体性被采煤机破坏,该条带煤层顶板处于悬空状态,上下相应力失去平衡,根据不同的顶板岩性和煤层赋存条件,将造成不同程度的煤层顶板位移及破坏。液压支架的前移可以平衡一部分应力,但是液压支架梁端距范围内的区域和采煤机滚筒后方10-15m区域,处于空顶状态,应力仍无法平衡,当上方应力大于直接顶承受能力,造成直接顶破坏解体,就将形成工作面的一次漏矸。长壁回采工作面前一刀煤完成回采后,由于液压支架梁端距范围内的空顶区域和采煤机滚筒后方10-15m空顶区域的存在,在一定条件下,受到液压支架支撑切顶破坏,在液压支架再次降架前移时,就将造成液压支架顶梁前或侧面的二次漏矸。在现场实际生产过程中,一次漏矸与二次漏矸并没有明显的区分界限。因此,综采工作面顶板漏矸在很大程度上是由一次漏矸与二次漏矸的共同作用引起。
2、支护质量
据支架状态监测,工作面支架的初撑力普遍偏低,仅达到额定初撑力的58%-65%,强支架弱支护的现象十分突出。这对控制受拉应力作用,且层理十分发育、易离层冒落的采场顶板非常不利。
3、缺少应急防冒手段
漏顶发生后,只被动清理冒落下岩石,未实施主动、有效防冒手段进行阻止,致工作面冒顶范围、高度日趋扩大。
二、 防止措施
根据上述分析,造成长壁综采工作面漏矸的直接原因是液压支架梁端距范围内的空顶区域和采煤机滚筒后方10-15m空顶区域的存在。在现有的长壁综采装备和回采工艺条件下,这一空顶区域的存在是必然的,只能通过控制空顶区域的范围和尽量保证煤层直接顶板的完整性以提高其承载能力,来实现综采工作面顶板漏矸的预防与控制。
1、保证顶底板平整
回采工作面顶底板平整与否,直接影响到工作面液压支架顶梁和底座与顶底板的接触状况,关系到液压支架能否合理有效对顶板进行支护,缓阻顶板台阶下沉。此外,该矿区目前长壁回采工作面采高(4.8m左右)大于两巷高度(3.7m左右),存在高差过渡问题。如果过渡段过急或起伏较大,也会影响该范围内的支架支护效果。正常情况下,过渡段保持在12-18m之间,均衡降低采高,基本可以满足液压支架顶梁与顶板之间的平缓过渡。
2、调整工作面压力周期
该矿区煤层赋存条件属于典型的浅埋煤层,工作面矿压显现的突出特点是顶板基岩沿全厚切落,基岩破断角较大,采动影响直接波及到地表。来压期间有明显的顶板台阶下沉和动载现象,压力显现剧烈。在这种情况下,回采工作面煤壁片帮严重,不仅加剧了梁端距区域的空顶范围,而且顶板的整体性受到破坏,极有可能发生冒落。另外在发生周期来压煤壁前方3-5m区域内,由于顶板受到拉伸破坏作用,基岩不同程度出现裂隙,也有冒落危险。生产实践中证明,加快工作面推进速度,周期来压步距增大,减缓了顶板载荷传递,降低了基本顶台阶下沉的块度,从而提高了岩体结构的稳定性和自承能力。同时采取降低工作面采高加大采空区充填度,以缓阻基本顶台阶下沉速度,对于控制工作面煤壁片帮和预防漏矸也是非常有益的。
3、及时拉架和超前拉架
在正常回采过程中,采煤机截深为865mm,正常回采高度下的梁端距为500mm,即支架前端最大空顶宽度为1365mm。在周期来压或者受到地质构造影响的情况下,如果采取正常作业形式拉架,极有可能造成这一区域的漏矸。在现场实际生产中,采煤机的正常割煤速度在8-9m/min,而支架移架速度小于8m,为满足及时拉架需要,采取多人拉架或者由采煤机后滚筒司机做兼职拉加工,协助拉架,实现支架紧跟采煤机前滚筒及时前移。如果在这种情况下仍不能够满足控制要求,在推完刮板机以后,由另外1名支架工对支架进行二次前移,封闭梁端距。在实际操作中,可以灵活掌握,对有漏矸倾向的区域,可以采取二次甚至三次超前拉架,拉架过程中可以采用带压或者擦顶拉架,及时封闭空顶区域,其他区域仍可正常作业。
4、控制工作面采高
液压支架前梁在不同采高下的运行轨迹形状很像一个拉得很长的“s”形,即为“双扭线”。这一特性,说明液压支架在不同采高范围内的梁端距变化是较大的,但是在一定高度区间内梁端距变化相对较小。JOY-2.4/5.0型液压支架在不同采高下的实测梁端距如表1。
由表1看出,该型号液压支架在3.8-4.2m的采高范围内,梁端距的变化范围仅为6mm。因此,工作面采高控制在这一区域,可以保证支架合理的梁端距,控制采煤机后方顶板的空顶面积。
5、加强系统检修与支架调整
根据浅埋煤层顶板结构及岩层控制研究结果表明,液压支架的初撑力和工作阻力对于基本顶岩层回转和失稳具有关键控制作用。因此,在实际生产当中不仅要保证支架的初撑力,而且要加强对支架各系统的维护和保养,以确保稳定的工作阻力。另外液压支架的架型结构对于其支护效果也有一定的影响,所以必须对倾倒及顶梁接顶状况不好的支架进行调整,以保证最佳支护效果。
三、 结语
由于综采工作面走向跨距较大及煤层赋存原因,漏矸漏顶事故频繁发生,给矿井安全生产造成严重影响。因此,现场管理中,加强综采工作面顶板漏矸漏顶的预防与控制,对综采工作面安全高效生产具有十分重要意义。
综采长壁工作面顶板漏矸的预防控制,实质上就是工作面顶板管理与控制。其最终结果不仅将有益于煤质的提高,还将直接加强工作面顶板管理,为工作面安全、高产提供有力保证。
参考文献:
[1]岑传鸿.采场顶板控制及监测技术[M].徐州:中国矿业大学出版社,1998.
[2]钱鸣高.采煤工艺学[M].徐州:中国矿业大学出版社,1992.
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