48705综采工作面顶板管理与超前支护技术研究

梁铁光

（山西西山煤电股份有限公司西铭矿安监处，山西 太原 030052）

1 概况

西铭矿位于山西省太原市万柏林区西铭乡，为高瓦斯矿井，矿井设计生产能力为3.60Mt/a。48705综采工作面位于北七采区左翼，东为48703掘进工作面，南为北七左翼回风巷，西为48707工作面采空区。该面上覆3#煤与8#煤层间距62m左右。该工作面顶板自上而下分别为石灰岩、页岩，并且层理、裂隙明显发育，破碎易冒落，因此顶板管理难度较大。该工作面主要技术参数如表1所示，煤层顶底板特征如表2所示。

2 顶板管理与支护方法

2.1 48705综采工作面顶板管理

工作面采用全部垮落法管理顶板，移架后顶板自行垮落[1]。工作面支护采用ZY8000/25/50型掩护式液压支架118台，ZYG8000/20/42型掩护式过渡液压支架2台，ZYT8000/20/42型掩护式端头液压支架7台，共计127台液压支架支护顶板。48705综采工作面顶板支护布置示意图如图1所示。

表1 工作面主要技术参数

2.2 特殊条件下的顶板管理

过断层时，顶板上升盘留顶三角煤，底板下降盘留底三角煤，使工作面顶底板平缓过渡，不得出现0.2m以上的台阶，否则必须在空顶的支架上用圆木或破板构顶，然后升紧支架，接顶要严实。工作面过落差不大于1.2m的断层或岩石普氏系数ƒ≤4时，可用采煤机直接切割岩石，但须放慢牵引速度，且工作面顶、底板必须平缓过渡。工作面初采初放、收尾、过落差大于1.2m的断层或岩石普氏系数ƒ＞4需进行放炮时，必须制定相应的安全专项措施[2]。

表2 煤层顶底板特征表

图1 48705综采工作面顶板支护示意图

2.3 过托夹石时的顶板管理

初采初放期间跟石灰岩顶板回采，严禁托夹石回采，采高控制在2.95m以内。大顶下来后将18#架到112#架之间的溜子下放，随工作面前移，逐刀调整采高，支架前探梁往下钻直至见底板，支架完全钻入夹石下面，采高控制在2.26m之间。

工作面回采期间，4#架～18#架、112#架～126#架为过渡段，这些架要逐渐将夹石挑起，割成平缓过渡段，严禁出现台阶，且要加强两过渡段的顶板管理，支架工移架时带压移架防止夹石垮落。工作面过构造或夹石顶破碎时，及时停机停溜，组织专人追机护顶，铺网上圆木、破板维护。将夹石顶破碎段的顶网铺好，破板上齐，金属网搭接200mm，联网距200mm，联网钩必须拧够2圈半以上，每两个架上一块破板，头对头上好，联好网后，先用其中的一个支架把网和破板挑起，而后拉过相邻支架，交替作业，使支架移出。铺第一刀网时，网与破板必须用铁丝拧紧固定，一个循环最多4组支架[3]。

2.4 两巷的回收方法

2.4.1 两巷的回收范围

两巷靠工作面帮的锚杆（片）全部予以回收，煤柱帮只回收帮锚片；顶锚片全部予以回收；如遇顶板破碎或断层等地质构造不能按规定回收时不予回收。两巷的压风管、供水管、排水管、单轨吊等回收率100%。

回收帮锚片煤柱帮超前切顶线1.6 m进行，煤体帮超前煤壁1.6m进行。回收顶锚片超前两巷超前支架前一个循环0.8m。回收顶板离层仪于超前支架处，将顶板离层仪的电子部分进行回收。

2.4.2 两巷的回收方法

（1）回收时必须先仔细观察顶、帮情况，在顶、帮完好或支护可靠的情况下进行回收。如顶板破碎或片帮严重时，要先加套木棚或煤帮加打点柱进行维护后再回收。

（2）顶、帮锚片回收时，采用12寸或气动扳手先将螺丝松开，然后把托片取掉；采煤机割通机头、机尾时专人观察情况，当割出锚杆时，停止工作面输送机和采煤机后拣出锚杆，最后将回收物品分类码放在控制台以外50m处宽敞地点[4]。

3 超前支护方法

3.1 两巷超前支护方法

两巷超前均采用YPC40000/25/45型超前支架4组支护，超前支架支护循环步距均为0.8m，顶梁长度为3.6m，每组超前支架间的推移千斤长度为2.1m，全部伸出时2.9m。两巷超前支护距离为20.7m。

移架前必须提前发出警示信号，非作业人员不允许在被移支架周围停留，或者从旁通过，选择合适的工具和正确的拉架方式。如果两巷道的顶板出现破碎、片帮现象时必须进行超前支护，采用擦顶的方式进行移架。移架的常规操作流程为：推移前置支架，移第一架中置支架，移第二架中置支架，移后置支架。移架时应同时操作确保一组支架同步移出[5]。

降柱使支架顶梁稍微脱离顶板，使支架的立柱稍微下降，降柱后及时操作推移手柄完成移架工作。支架推移到位后，每架支架的立柱必须对齐，保持在一条直线上立即停止移架，在支架处于正常状态下，扳动升架手柄使支架上升，达到规定初撑力[6]。两巷超前支护断面示意图如图2、图3所示。

3.2 端头超前支护方法

端头超前支护是通过在现有端头液压支架支护的基础上，加打戴帽单体点柱的形式对工作面机头、机尾进行提前加固支护，从而有效预防工作面端头顶板出现片帮、垮落事故。铁柱帽使用长度为550mm的“π”型钢梁，柱距1m，排距0.8m，端头架与超前架之间距离不得大于0.5m。

图2 48705皮巷超前支护断面示意图

图3 48705轨道巷超前支护断面示意图

落山侧采用双排密集切顶，柱距0.5m，排距0.8m，在落山悬顶大于2×5m2时，采用沿切顶线增打戗棚，戗棚采用一梁两柱式，棚梁采用直径大于20cm的红松圆木，单体支柱做棚腿[7]。

工作面底板比压计算：

式中：

P-单体支柱在额定压力时，对底板的压强；

R0-单体支柱的额定压力，250kN；

r-单体支柱底座半径，m。

由于该工作面两巷留底煤掘进，煤底普氏系数为1.5，即底板所能承受的压强为：P0=15MPa。

因为P＞P0，工作面单体液压支柱会出现钻底现象，因此，支设单体支柱时必须“穿鞋”支设，铁鞋规格：（400×400）mm。

4 支护监测

工作面选用YHY60矿用本安压力计，监测液压支架立柱的压力数据。工作面两巷使用KJ232（a）-F2-GCY500离层监测仪，离层监测仪能同时监测该点的深部离层量和浅部离层量。

巷道每50m安设一套顶板离层仪进行矿压观测。工作面在回采期间，对两巷安设的顶板离层仪、巷道位移等测点，每两天（50m范围内）以及每周（50m范围外）由验收员认真观察，对观测数据做好记录。如有网兜、两巷片帮、顶板冒落等现象，要立即通知生产科，队组及时采取措施。并定期将记录表报送矿生产科，生产科对矿压观测数据及时分析处理，掌握顶板离层、围岩变形随工作面回采期间推进的变化规律，发现异常及时向相关领导汇报并采取安全技术措施。两巷巷道口至工作面两巷超前支护以外的巷道顶板、两帮的变化情况，由验收员对两巷顶板离层仪进行观测并记录。

5 结论

（1）该矿采用全部垮落法管理顶板，移架后顶板自行垮落，同时必须重视特殊条件下的顶板管理，必要时须制定安全专项措施。

（2）在两巷回收过程中，必须先仔细观察顶、帮情况，如顶板破碎或片帮严重时，要先加套木棚或煤帮加打点柱进行维护后再回收。

（3）由于48705综采工作面两巷留底煤掘进，底板所能承受的压强为15MPa，该压强小于工作面单体液压支柱的额定压力，为防止出现钻底现象，支设单体支柱时必须“穿鞋”支设。

（4）工作面在回采期间，必须对两巷安设的顶板支护压力进行检测，如果发现网兜、两巷片帮、顶板冒落等问题要及时反馈队组，同时采取相应的措施进行处理。