轻型支架工作面复合软岩底板控制技术实践

刘锐刚

摘要：隆达煤矿综采一队开采的一采区25#左一工作面为软底开采，顶板为复合型顶板破碎易冒落，底板为凝灰岩和炭质泥岩的复合层，厚度0.5米，支架扎底下陷严重，通过指导现场施工人员合理采用新技术来解决了综采工作面软底开采的问题，给企业创下了较好的安全生产和经济效益。

关键词：轻型支架工作面、复合软底开采、安全生产、经济效益

1、前言：隆达煤矿综采一队开采的一采区25#左一工作面为软底开采，顶板为粉砂岩顶板，容易垮落，底板为凝灰岩和炭质泥岩的复合层，厚度0.5米，由于软底岩层硬度低、遇水易软化，回采时支架管理非常困难, 支架底座常常被压入底板, 支架不仅无法向前推移, 而且达不到工作阻力, 造成顶板下沉量大, 破坏了顶板的完整性和连续性, 以致采场空间维护困难, 采面无法按正规循环作业, 严重时工作面多次顶板台阶下沉，软底开采研究适于综采工作面的支护方法应势在必行。

2、概况：

2.1、地质概况

隆达煤矿综采一队开采的一采区25#左一工作面，位于-100水平上部采区，其范围西至左一工作面停采线，东至左一工作面切割上山，外上山工作面东西走向平均长400m，南北倾斜长平均120m，倾斜面积48000m²，工作面范围内地表标高+201m，煤层平均埋深+301m。煤层节理较发育，随回柱放顶后垮落，煤层厚度为1.9m，周期步距为15—20 m，矿压显现较为明显，上下巷矿压显现为30 m，该面采用走向长壁后退式采煤，全部垮落法管理顶板。

2.2、工作面状况

一采区2#左一工作面工作面采用ZZL-2400KN/16/24型掩护式支架80台，单架重量6500公斤，支架宽度1500㎜，四柱支撑式液压支架；采机MG—150/375，运输机SGB-630/320，转载机SGW-40T，胶带输送机SDJ—80型1台。循环方式采用双向割煤，循环进度0.6m，作业方式采用三、八作业，两采一检修，老顶初次来压步距25m，周期来压步距15—20m。

2.3、顶底板板特征

名 称	岩石名称	厚 度	特 征
伪 顶	煤页岩	0.1～0.2m	煤页岩黑色层状
直接顶	细粉砂岩	5.7m	细粉砂岩较稳定
老 顶	细砂岩	7.56m	灰白色细砂岩较坚硬

3、采煤工艺

3.1、本工作面煤层纯煤厚度1.85-1.95m, 平均厚度1.9m，倾角平均10°，工作面沿煤层走向布置，属于倾斜长壁工作面，采高1.9m。

1、落煤方式：对旋滚筒采煤割煤和液压无极调速牵引。

2、装煤方式：装煤是通过螺旋滚筒装载。

3、运煤方式：滚筒将煤装在输送机溜槽上，经输送机运送到转载机后落在可伸缩皮带机上运出。

4、支护方式：工作面采用四柱支撑式液压支架支护，两顺槽（上下巷）采用超前支护为液压单体支柱配铰接顶梁（超前50m随工作面推进，将两巷中的超前支护及原支护及时撤至与支架切顶线平齐）。

3.2、生产工序

采用液压支架支护，双滚筒采煤机割煤，装煤，由刮板输送机、转载机、皮带输送机运煤、破煤的综采工作面作业系统。

3.3、开采方法

采用走向长壁后退式采煤法，机采落煤

3.4、采空区处理方式全部垮落法。

3.5、顶板支护形式

液压支架型号ZZL-2400KN/16/24

3.6、工作面控顶距：

最大控顶距：Lmax =L₁+L₂+S=3000+340+600=3940mm

最小控顶距：Lmin =L₁+L₂=3000+340=3340mm

其中：L₁-----顶梁长度 L₂------端面距 S-----截深

3.7、支柱技术参数

最大（小）支撑高度	工作阻力	初撑力	支护强度	泵站压力	乳化液浓度
2400(1600)	240KN	11～157KN	24T/m2	30MPa	3～5﹪

3.8、支架设计与选型

3.8.1、采场平均压力:

p = ×h×v×k×k1

= ×1.9×2.5×1.6×1.3

=1.67×1.9×2.5×1.6×1.3

=16.5(T/㎡)

式中: h – 采高 (1.9m) v – 岩石容重（2.5t/m）

k – 动载系数（1.3—1.6） k1 –悬顶片帮系数

k1 =（L₁+L₂+L₃）/ L₁ L1-最大空顶距（4.54m）

L2-工作面平均悬顶距离（0.9m） L3工作面平均片帮深度（0.3m）

3.8.2、液压支架支护密度:

F =P×S

=16.5×(3.0×1.5)

=74.25(吨/架)

3.8.3、支架安全系数校核:

h =Q/F =221/74.25=2.98＞2

由于h＞2所以所选支架工作阻力满足要求.

3.8.4、液压支架高度验算:

Hmax ＞Mmax Hmax---液压支架最大支撑高度（2.4m）

2.4＞1.9 Hmin---液压支架最小支撑高度（1.6m）

Hmin＞Mmin Hmin---液压支架最小支撑高度（1.0m）

1.6＜1.9 Mmax ---最大采高（1.9m）

Hmin---最小采高（1.6m）

S---每架液压支架支护面积，S=支架中心距×（顶梁长度+端面距+截深）

3.8.5、液压支架的选择:

采场支护设备选型，根据本局现有设备情况ZZL-2400KN/16/24四柱支撑式液压支架，本支架特点：顶梁较短，控顶面积小，能有效的控制破碎顶板，立柱受力状态好，调高范围大、结构简单，安装方便，抗水平力较强，对不平顶板和破碎顶板的适应性强，可有效的控制顶板。

4、采煤工作面主要基本参数分析

反映采煤工作空间大小的主要参数是采高、控顶距和工作面长度，采煤工作面维护的空间愈大，支承压力分布的范围愈大，顶板冒落愈严重。

4．1、工作面采高：一般来说，采高愈大，在同样支承压力作用下，煤壁垂直方向的压缩量大，因此煤壁片帮严重。煤壁未暴露前的顶板下沉量大，采高过高也支架超过高，达不到支架初撑力，容易造成工作面台阶下沉。

4．2、控顶距：工作面支架支护的空间宽度，显然控顶距愈大，顶板的挠曲变形量大，底板的鼓起量也大。顶板下沉量与采高和控顶距成正比例关系。显然，从顶板维护角度来看，一般情况下，控顶距小些为好。

4．3、工作面长度的影响：对于长壁采煤来说，工作面长度主要是对基本顶破断规律的影响，亦即来压步距的影响，从而影响了工作面矿山压力显现的程度。

5、解决问题的办法：

5.1、煤层开采主要技术问题：根据25#以往的开采实践经验，在软底开采条件下，主要存在以下几个问题上：、底板软岩遇水松软膨胀，支架底座易钻底，造成支架初撑力不够，移架十分困难；由于冒顶造成煤炭含矸率高，煤质不能保证；、工作面来周期压后，机道顶板出现台阶下沉，影响回采速度。

5.2、软底管理：由于软底开采，极易出现支柱钻底么阶下沉等现象。顶底板移近量大， 由于工作面顶板压力大，支护强度不够，每当周期来压时，工作面出现台阶式下沉，最大下沉量为0.4 m。

5.3、防治措施：为解决工作面顶板下沉，一是加快循环推荐度，每班保持在三个循环以上；二是控制采煤机冷却水不能流到底板上，所有冷却水浇到采面刮板机原煤上，停机立即停水，三是加强液压管路系统维护防止液压支架系统漏液；四是、工作面液压支架下陷超过250㎜时采取邻架垫半圆木法，采用直径160㎜以上的半圆木，大面朝下垫在支架下方，增加支架接触面积，同时垫高支架保证支架支撑力。

6、结论：隆达煤矿综采工作面软底开采,支对工作面支架钻底,导致支护系统刚度降低,顶板下沉量大,通过研究支护与底板之间的相互作用,研究发现加强底板控制,是软底开采的关键，通过隆达煤矿综采一队开采的一采区25#左一工作面生产实践中,我们工程技术人员在综采工作面软底开采总结一些可靠的技术和实际经验。