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(!
)爆破法强制放顶。
("
)超前深孔松动爆破。
(*)挑落式深孔爆破。
())浅孔式爆破。
(+)深浅孔综合爆破。
(,)顶板注水软化压裂。
四、分层顶板的支护
)掩护式液压支架。
)支撑掩护式液压支架。
)及时支护。
)超前支护。
(三)对支架的要求
)顶梁较短,有活动侧护板。
)带伸缩式前探梁。
(*)拉架力大,能实现带压擦顶移架。
())顶梁底座等构件的周边结构要圆滑,保证移架时不扯网。
四)支护要求与措施
)及时支护新暴露出来的金属网假顶。
)移架前必须处理掉割煤时留下的煤皮,严防因支架卸载而突然冒落,引起金属网崩网事故发生。
(#)支架要排列整齐,间距保持均匀,严防架间出现网兜。
($)在支架顶梁前至煤壁间架走向(垂直煤壁)梁,超前支护因片帮造成下沉的金属网假顶。
(%)支架间架设走向棚,托住架间网兜。
第二节综采工作面端头支护新工艺新技术
二、端头支护方式的选择原则
确定端头支护方式时,主要考虑端头悬顶面积的大小、顶板压力的大小及其稳定性(稳定程度)、回采巷道原用支护方式、工作面与两巷的联系特点、工作面生产工艺特点,端头设备布置形式等因素。
三、综采工作面端头支护方式
(一)端头液压支架支护
()支架型式目前国产端头液压支架主要有支撑式和支撑掩护式两种架型。
它们均靠设在主、副架间的液压推移装置迈步前移。
()适用条件端头液压支架适用于工作面倾角较小,两巷断面大,顶板比较完整的条件下使用。
()支架布置方式。
使用工作面端头液压支架时,一般每个端头安一组两架。
下端头液压支架与巷道转载机的相互位置有中置式和偏置式两种;
图2-1-1所示为中置式。
根据实际情况,配用相应的辅助支护仍是很有必要的,如图2-1-1所示的出口处设大抬棚。
(二)普通液压支架支护
(#)适用条件与端头液压支架的适用条件基本相同,只是它是靠设在支架与输送机间的推移装置移步的,所以其对较破碎的顶板也是比较适用的。
)支架布置方式如图2-1-2。
每个端头一般安置2-3架工作面普通支架。
因受输送机机头、机尾的影响,端头液压支架往往比工作面内的液压支架滞后一步(约600mm)。
采用这种支护方式时应解决好液压支架与刮板输送机机头、机尾的连接问题,并采取措施维护好转载机机尾处的顶板,同时要配用相应的辅助支护。
为弥补普通液压支架顶梁短的不足,可采取接长其前梁的方
法。
(三)锚杆—钢带支护
()适用条件锚杆—钢带支护适用于顶板完整性好,且回采巷道采用锚杆支护,尤其是沿空留巷前进式综采工作面。
()布置方式沿空留巷前进式综采工作面端头锚杆—钢带支护布置示意图如图2-1-3所示,由图可知,为了方便端头巷旁充填施工,工作面液压支架要向内移动一定距离,端头处的空顶采取锚杆孔列与巷道内锚杆孔列交错布置方式,孔钻毕插入锚杆,一列锚杆联上图2-1-3b所示的钢带构成支护体系。
钢带用
的A3钢板材冷轧而成,采
用图示的断面为的是增加刚度。
(四)组合大抬棚支护
()适用条件。
适用于各种综采生产工艺条件下的端头支护。
这种支护方式具有较强的适应性,架设移置灵活方便,有利于综采工作面快速推进,能依顶板压力大小灵活增减支架数目;
支架移置时,不是大面积卸载,有利于顶板维护。
组合抬棚包括出口处抬棚和内抬棚,抬棚由长梁和柱组成。
长梁多用铰接长梁或整体工字钢长梁。
采用铰接长梁时,为了增加长梁的刚度,可用双沟梁或将原单沟梁楔沟棚上使用,但卸架时,比较困难。
出口处抬棚
采用铰接长梁时,每节梁下支撑一根单体液压排,铰接长度根据具体情况而定;
采用工字钢长梁时,一般用25号矿用工字钢,长度3.2~4.0m为宜,每根长梁下支撑3根单体液压支柱。
为了增加单体液压支柱与梁柱结合处的牢固程度和稳定性,应在梁头及中部焊牙,或在工字钢底翼板两侧割出小缺口。
出口内抬棚
棚梁为25号矿用工字钢,长度4.0m左右,数目2~3架,梁下支撑3根单体液压支柱。
此长梁抬棚随工作面推移而交替挪移。
抬棚的梁上顺倾斜插上背板,并与巷道支架连接,以增加抬棚的稳定性,抬棚的位置依设备布置情况而定。
当巷道用拱形支架支护时,应预先在拱形梁的适当位置焊上抬棚梁卡,以便架设抬棚。
(五)单体液压支柱—十字顶梁—交接短梁支护
(#)适用条件
该支护方式适用于回采巷道采用锚杆支护的综采工作面端头支护,或超前替棚支护工作面端头。
)支护方式
一般情况下,如图2-1-5所示,沿工作面推进方向十字顶梁间由短梁联接,沿工作面方向十字顶梁间直接铰接,构成图示的“#”形承载体。
在每个十字顶梁下支撑根单体液压支柱,这样即组成具有较高的强度和稳定性的端头支撑体系。
端头的布置形式随工作面输送机与运输巷的转载机的搭接地点而异,铰接长度依实际情况而定。
第三节综采工作面回采巷道常用的加强支护方式
一、锚杆支护巷道
(一)打靠帮点柱
对采用锚杆支护的矩形巷道,顶板完整且压力不大时,可采用单体液压支柱打靠帮点柱的方式加强支护,如图2-1-6所示。
(二)架金属棚子
对于采用锚杆支护的矩形或类矩形巷道,顶板局部较破碎且顶板压力较大时,可在巷道内架设以单体液压支柱作腿、矿用工字钢作梁的金属棚子加强支护,如图2-1-7所示。
二、梯形金属支架加打加强中柱支护巷道
(一)加打加强中柱
对于采用梯形金属支架支护的巷道,顶板完整、压力不大时,可在金属梁下加打1根单体液压支柱加强支护,如图2-1-8所示。
(二)补充支架加强支护
对于采用梯形金属支架支护的巷道,若顶板较破碎且顶板压力较大时,可在原支架间补充支架,加强支护,如图2-1-9
三、拱形金属支架间套架木棚支护巷道
(一)参架木棚
对于拱形支架支护的巷道,为了支架的架设、回撤方便,可采用在金属支架间套架木棚加强支护,套棚周边必须用木板背紧,如图2-1-10所示。
顶板破碎时,加用金属网。
(二)替棚加密支架支护
有时为了便于配合工作面端头支护,可以提前用木棚替出原拱形金属支架,如图3-1-11所示。
显然木棚支架间距应减小,以增强支护强度。
要背紧替棚周边背板。
(三)特殊支架支护巷道
对于拱形金属支架支护的巷道,也可采用由十字顶梁、铰接短梁和单体液压支柱组成
的特殊支架增强支护强度。
做法是:
在两架间适当位置处设置十字铰接顶梁,下打一根单体液压支柱,在十字顶梁上铰接4很短梁,分别托住前后两架支架的梁和支架间的空顶,用水平楔楔紧,如图2-1-12所示。
四、沿空留巷巷道的支护
(一)支承体侧打点柱
对于沿空留设的回采巷道,若巷内采用锚杆支护,为了在巷旁支承体形成的初期(低强期),有效地控制顶板下沉,可在支承体内侧加打贴帮点柱增强支护强度,如图2-1-13所示。
支柱间距依顶板压力大小而定。
(二)加强巷内支护
若巷内采用金属支架支护,在支承体的“低强期”,可采取增加巷内支架的方式加强支护。
采用超前掘进沿空留巷前进式推进的工作面,超前掘进时,必须实施加强支护,并根据工作面支承压力的前移范围,合理确定超前掘进距离。
五、底板打锚杆防治底鼓
对于有严重底鼓现象的各类回采巷道,均可采用打金属底板锚杆的办法防治,如图2-1-14所示。
其参数应根据底鼓岩层的厚度及巷道的宽度和底鼓程度综合确定。
一般锚杆氏度为1.2·
1.4m。
第二章综采工作面顶板控制新工艺新技术
第一节坚硬顶板控制新工艺新技术
坚硬顶板控制的重点是:
在有目的有控制的条件下采取措施强制放顶。
强制放顶的主要技术措施有“爆破法”、“软化压裂法”两种。
一、爆破法控制顶板
(一)超前深孔松动爆破
()适用顶板
直接顶坚硬但厚度较小,将其垮落下来不足以充满采空区,而基本顶又为整体性较强、较厚岩层。
()钻孔布置
钻孔平行工作面布置,有单侧和双侧布置两种形式。
单侧布置(图2-2-1)适用于煤层倾角大、长度较小的工作面,钻孔由下平巷向上钻进。
双侧布置(图2-2-1)适用于煤层倾角较小、长度较大的工作面。
()超前距离
钻孔超前工作面钻进,其超前距离以不影响综采工作面正常生产为原则。
()钻孔间距
钻孔间距要小于工作面来压步距3-5m。
来压步距大时,取25-30m;
初次放顶的钻孔,距工作面开切眼25m(或更小些)布置。
()钻场设置
根据工作面具体条件,分回彩巷道设置钻场和专门硐室设置钻场两种方式
()钻孔参数
钻孔参数主要有钻孔仰角(俯角)、钻孔垂深、钻进深度等。
钻孔参的确定主要根据煤层赋存条件、顶板结构特点、工作面倾斜长度、钻场位置、钻孔设备点等综合确定,以实施爆破后利于基本顶岩层的松动及尽早垮落为原则。
()爆破放顶
实施爆破是爆破放顶的关键。
必须根据钻孔布置情况及基本顶岩层的构和坚固性,合理确定爆破参数,如装药量、装药方式、封孔方法与封孔长度等。
必须行专门的爆破设计。
实施爆破,要加强顶板控制,保证生产安全。
(二)挑落式深孔爆破
适用于直接顶坚硬且层厚较大的顶板。
()放顶步距
一般为25-30m,初次放顶步距可适当减小。
如图2-2-2所示,工作面推进后,在其后方按垂直工作面方向向采空顶板打深孔,一般工作面两端头钻3排孔,中部钻2排孔,排间孔呈交错布置。
钻孔垂深关系到采高碎胀系数等,但原则上要求爆破后碎落的矸石能本充满采空空间,一般为5-10m。
钻孔间距7-8m,钻孔排距1.2-1.8m,钻孔仰角60-65度,钻孔直径60-70mm
。
钻孔垂深可依下式确定
式中H———钻孔垂深m,;
M———米高m;
P———采空区崩落岩块堆上方留的空隙,约0.5m;
K———崩落岩块的碎胀系数,一般为1.4-1.8。
实施爆破时,必须依顶板岩层的结构组合和钻孔参数合理确定爆破参数,使崩落岩石的碎胀系数尽量大些。
爆破时,先起爆第一排,使第二排在扩大自由面的条件下爆破,两次爆破后,在顶板上切割一道深槽以利老顶来压时沿此槽切断垮落,从而减小来压强度,保证安全。
(三)浅孔式爆破
浅孔式爆破适用于直接顶坚硬、较硬的顶板。
每日处理一次。
()钻孔设备
一般岩石电钻。
在工作面后方按垂直方向向采空区钻出一排浅孔,如图2-2-3所示。
钻孔深度1.8m左右,钻孔间距3-4.5m,钻孔仰角70-75度。
()放顶方式。
一刀齐放顶
钻孔沿工作面呈一直线布置,放顶时使工作面采空区顶板岩层呈一条直线切断(图2-2-3)。
台阶式放顶
第一天分段打工作面前半部钻孔爆破,第二天打工作面后半部钻孔爆破(二台阶);
或将工作面分成头、中、尾三部分,分三天打钻孔爆破(三台阶)。
依实际情况选用(图2-2-3)。
零星放顶
在生产过程中,对局部出现悬顶较大的地方可采用浅孔爆破处理,进行零星放顶。
(四)深浅孔结合式爆破放顶
用浅孔爆破效果佳的顶板,可选取深浅相结合的爆破方式。
工作面中部钻浅孔、两端钻深孔(图2-2-4),中部孔也可每隔3-5个浅孔加打一个深孔;
采用两排孔时,头排为浅孔,第二排为深孔。
浅孔参数同前,深孔参数为孔深5m左右、仰角70度左右、孔间距6m左右(深孔列)。
二、软化压裂法控制顶板
(一)顶板高压注液
()作用机理。
软化
高压液体通过钻孔注入顶板岩体后,可湿润岩体,降低其强度。
压裂
压液体注入顶板岩体中,经楔入、压裂,可使岩体内的弱面扩展增多,造成结构改变,破坏岩体的整体性,利于岩体垮落。
适用于老顶岩层较厚且整体结构好的、强度较高的砂质坚硬顶板。
(二)钻孔技术
钻孔布置分单侧布宜(图2-2-5)和双侧布置(图2-2-5)2种布置方式。
钻孔超前工作面钻进,超前距离由注液时间和工作面的推进速度来确定。
)钻孔设备
YQ—100B型浅孔岩石钻机或其他岩石钻机。
(’)钻孔参数
!
钻孔间距
由来庄步距决定,一般小于来压步距3-5m,或取25-30m。
"
钻孔深度
据顶板结构情况、工作面长度、注液渗透半径、钻孔工具能力和注液孔间距综合确定,水平夹角(钻孔水平投影和巷道中心线的夹角)一般取65-70度。
#钻孔仰角
依钻孔深度、孔底到煤层顶板距离和钻孔施工的可能性等合理确定,一般为17-21度,。
(三)注液技术
()注液压力
低压为1.7-7.8Mpa,高压为11.7-24.5Mpa。
注液压力与注液流量直接相关,加大流量可以增加压力,所以实施高压注液时,需要多台注液泵并联工作。
()注液时间及注液量
据孔深、岩石吸水率、渗透性、注液流量而定。
通常每孔注液时间为15-40d时,每孔注液量为600-1200m3。
()注液用液
高压注液用的液体是水中混入一定量的渗透性强的添加剂后而形成的混合液体。
()封孔包括封堵孔口和封堵非注水段。
水泥砂浆封孔
将注液管置入注液孔内,然后人工或借助风力(压风)将水泥砂浆注入封堵空间孔,如图2-2-6所示。
砂浆由水泥、砂子、水按:
:
的比例混合而成,封后3d方可注液。
封孔堵塞段要有一定的长度和团结力、以保证高压注液的安全。
橡胶封孔器封孔
将套有橡胶封孔器的注液钢管插入钻孔后,向封孔器内注入高压液体(乳化液),使胶
管膨胀而封孔,可立即注液,如图2-2-6所示。
()注液
由注液泵将高压液体通过注液管注入注液孔内。
注液管与注液孔中的注液管用快速连接。
注液时,先低压注液,后高庄注液,注意控制注液流量,以保证达到所需要的注液压力和预期的软化、压裂效果。
全孔段注液依确定的超前距离,对顶板施行较低压力注液,保证有足够的注液时间和注液量。
只对孔口封堵(图2-2-7),故称全段注液。
分层注液根据顶板岩层的不同岩性、结构,分别进行单层或多层混合注液。
一般把顶板中的薄煤线、软岩夹层封住不注液,把注液的重点放在整体性强、造成工作面压力大的岩层,如图2-2-7所示。
实施分层注液,不注液层的有效封堵是关键,必须切实做好。
采空区与应力集中区注液工作面已推过注液钻孔而顶板尚未冒落时,可通过位于采空区上方的注液孔继续实施大流量高压注液,迫使顶板裂隙增多而垮落。
超前应力集中区注液则是在注液孔临近工作面应力集中区时,对顶板进行较高压力注液,以促使裂隙扩展,有利于顶板岩层冒落。
第二节破碎顶板控制新工艺新技术
破碎顶板的控制重点是采取措施,防治顶板局部冒落事故的发生。
主要技术措施有以下几个方面。
一、带压擦顶移架
支架带有保持问时,要合理调定支架移置时应保持的工作阻力。
无保持阀的支架,全凭操作者掌握,要注意不要损坏支架部件及输送机的有关部件。
二、超前移架及时支护
工作面局部地段片帮较深时,可超前采煤机割煤移架及时支护空顶区。
采煤机通过超前移架的支架时,必须注意安全,严防割坏支架顶梁及采煤机截齿。
三、平行工作面煤壁挑煤梁护顶
采煤机割煤后,若新暴露出来的顶板在短时间内不会冒落,而在支架卸载前移时可能冒落,则可采取如图2-2-9所示的平行工作面挑梁护顶措施。
具体做法是,先移顶板完整处的支架,同时在支架前梁上方,沿平行煤壁的方向放置1-2根3-4m长的木梁,由其挑住附近不完整的易冒顶板,然后再移破碎顶板处的支架。
顶板若破碎严重,而极易冒落时,可在挑梁前或同时铺金属网、荆笆、木板等护顶材料。
四、垂直工作面煤壁架棚护顶
当工作面顶板随采落而冒落,面积又较大,用上述措施来不及支护,且顶板条件也不允许把支架前梁降下来放置木梁时,可以在相邻支架间超前架垂直于煤壁的一梁二柱(或三柱)的棚子护顶,在棚下面再架设平行于工作面的临时抬棚1-2根,如图2-2-10所示。
平行于工作面的临时抬棚应同时托住3架垂直于煤壁的棚子的棚梁。
移架时,先用
一架托住平行于煤壁的棚梁,如图2-2-10所示,再将2种棚梁下影响移架的支柱撤去,相邻支架在两种棚梁的掩护下顺利前移,如图2-2-10。
五、垂直工作面煤壁架棚打临时支柱护顶
与上述措施基本相似,只是架梁时根据煤壁的具体情况,分别采取在煤壁挖梁窝、靠煤壁打临时支柱(图2-2-11)或采用梁前端支撑方式(图2-2-11)。
六、打撞楔防治局部冒顶
综采工作面煤壁与支架梁端间的空顶区多发生顶板局部冒落,一般由煤壁片帮而引发。
生产过程中,必须经常仔细地观察破碎地段的顶板情况,当确认煤壁处有冒落危险或已沿煤壁发生冒落,且矸石顺煤壁继续下流时,则可采取如图2-2-12所示的打撞楔(贯钎)的办法。
防治撞楔一般用木楔,其前端要削尖、长度要一样。
打撞楔的做法是:
打撞楔前先在冒顶处架平行煤壁的棚子;
把木楔放在棚梁上,尖端指向煤壁,末端垫一方木块,而后用锤打入冒顶处,将岩石托住使其不致冒落或不再继续冒落。
移架时用支架前梁托住平行煤壁的棚梁,即可撤去棚腿。
该方法要求棚梁长在3.2m以上,保证有2-3支架托住,以便顺利移架。
根据具体条件,也可用圆钢、钢管等代替木楔。
七、固结顶板
固结顶板,即是通过超前钻孔向破碎顶板注入固结剂,从而提高顶板岩层的稳定性。
固结材料有水泥类、聚氨酯及尿醛树脂类等数种。
固结顶板的方法有钻孔药包法、钻孔压注法、无钻孔压气喷涂法。
(一)药包法
施工时用一端削尖的四大方形硬木杆将能发泡臌胀的合成树脂药包推入钻孔(钻孔数量依实际条件而定)内,然后旋转木杆使药包按照一定配比分装好的两种成分均匀混合,待用木塞封孔后,充满钻孔的发泡树脂可将木杆全长和煤体中的节理和裂隙粘固。
(二)压注法
压注系统如图2-2-13所示。
孔钻完后,将注液管组件置入钻孔,起动两台注液泵,分别注入多异氰酸脂及多元醇聚迷两种浆液,通过输液管及三通接头注入液管混合器中
混合,然后经封孔器进入钻孔中。
压注法分就地压注和巷道长距离注浆管输入两种方式。
注液时应根据煤岩层的情况,确定所需注液流量及压力,合理调定液动注液泵的转速,将多异氰酸酯的换向阀打到回流位置,只有多元醇聚醚继续往钻孔注入,以冲洗料管,防止堵塞。
(三)喷涂法
借助风力将固结剂喷涂在破碎顶板上,使固结剂进入顶板裂缝中,从而固结顶板。
八、锚固顶板
对于层状结构比较明显的破碎顶板也可采用向顶板打锚杆的办法锚固顶板,增加其稳定性。
锚杆设置参数依实际情况而定。
第三章综采工作面防止片帮及来压期间的顶板控制
第一节煤壁片帮防治措施
一、片帮原因
)煤质松软;
煤层的节理、裂隙发育,稳定性差。
)工作面采高大,端面距偏大。
(#)支架支护强度低,煤壁顶板压力大。
($)工作面仰斜推进方向与煤层节理近于垂直。
(%)煤壁暴露时间过长。
(&
)煤体遭受过地质作用破坏,或处于顶层残留煤柱下方。
(’)受工作面顶板来压作用影响。
二、正确选择支架
应选择能立即支护、端面距小、带防片帮装置的液压支架。
三、加强技术管理
)必须详细了解工作面内的地质构造情况,与上一工作面采空区的相互位置关系,顶板来压规律和强度,煤层的结构硬度等,以指导支架选型和日常顶板控制工作。
)掌握煤壁片帮规律,采取有效措施,如采煤工作面调斜,支架增设护帮装置等。
)工作面生产过程中,加快工作面推进速度,减小煤壁暴露时间,以减少煤壁片帮的可能性。
)特别要加强工作面顶板来压期间的煤壁控制,因为在来压期间煤壁承受较大的交承压力,煤层的完整性遭受严重的破坏,此时煤壁更容易产生片帮、冒顶等恶性循环,使生产处于被动状态。
四、预防措施
(一)化学固结法
采用钻孔药包法、钻孔压注法加固工作面煤壁,但这两种方法都不利于破煤。
这两种方法见破碎顶板控制的有关内容。
(二)木锚杆加固法
(#)木锚杆的制作
用长1.8m,直径42mm的圆木沿其水平投影的对线锯开而成,如图2-3-1所示。
(’)锚杆眼布置
当煤层采高为3-3.5m时,采用五花眼;
当采高为2-2.5m时,采用三花眼,如图’(2-3-1所示。
)锚杆安设
锚杆眼钻毕便可安设锚杆,安设时将两个锯成斜面的锚杆的小头各去掉200mm。
由于沿轴线方向都变大,所以起到了全长锚固的作用。
一般都应在孔口处补打木楔,但要注意不得胀裂孔口。
)锚杆接茬
采用长度1.8m的锚杆时,工作面每推进1.2m就必须再打一茬锚杆,以保证新旧锚杆交错锚固煤壁。
五、处理措施
)超前移架支护即超前移架及时支护因片帮较深而增加的空顶面积。
(%)超前架棚(梁)支护超前架设垂直煤壁的棚(梁)支护片帮后暴露的空顶区。
第二节来压期间的顶板控制
综采工作面顶板控制,主要是指来压明显的工作面要积极贯彻主动预防的思想,要准确掌握来压时间及来压步距,坚持正规循环,在接近来压时间和步距时,加快工作面的推进速度,力争将基本顶的断裂线抛在采空区后方,这样才能保证不压架。
一、来压征兆
)支架阻力激增,表现为支柱安全阀频繁开启。
(%)煤壁片帮严重,支架间隙不断掉渣,支柱发生明显下缩。
)采空区发出闷雷响声。
二、控制原则及技术措施
工作面来压明显时,工作面来压期间重点是保证支架有足够的初撑力,使支架工作状态良好;
加快工作面推进速度,并应针对工作面矿压特点和液压支架及端头支护的性能,制订并组织贯彻相应的安全技术措施。
可在支架顶梁下加打单体液压支柱,以增强支护强度,并防止支架前梁千斤顶损坏。
在实施人为强制放顶时,要增强支护
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