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复杂地质条件煤层顶板控制技术

1概述

翟镇煤矿是1993年投产的现代化矿井，制定生产能力120万t，2002年为225万t。目前为单水平单翼开采，4个生产采区，4个采煤队，全部为高档普采，支护方式为单体支柱加金属铰接顶梁联合支护。主采4层煤，平均厚度在2.8m左右，厚度变化较大。由于支柱的工作行程不能适应煤层厚度的变化，造成煤炭资源的浪费；由于活柱伸出量大，造成支护稳定性差，工作面安全得不到保证；由于人工支柱、回柱，工人劳作强度高，劳作量大。基于上述原因，在充分分析论证的基础上，采纳轻型掩护式支架对回采工艺进行了改革，取得了较好的技术经济效益。

2可行性分析

主采煤层为2#,4#煤层，基本条件如下：2＃煤，厚0~4.24m，平均厚度1.97m,目前开采区域厚度为1.5~2.5m，复合顶板。直接顶厚度0.1~1.3m，主要为灰黑色泥质粉砂岩，极易冒落，顶板管理难度大；老顶为灰白色较坚硬的中细砂岩，厚度1.5-10m。底板为粉砂岩与泥岩互层，厚度4m,受压时极易出现底板变形，造成支柱钻底，从而影响工作面的支护质量。煤层倾角一般不大于25度。

4#煤,厚度0~3.81m,平均厚度2.6m,为复合顶板。开采中顶板极难控制，顶板管理难度大。底板一般为粘土岩，极易出现支柱钻底。煤层倾角一般不大于25度。落差在3m以内的断层及破碎带分布较多。

通过对已经成功使用轻型掩护支架的峰峰矿务局新三矿的调研分析可知，我矿2#、4#煤层的赋存条件与新三矿3#煤层有较多的相似之处，与支架所要求的煤层条件基本适应。在2#煤目前开采区域厚度为1.5-2.5m的条件下，采纳轻型支架一次采全高技术，由于支架的工作阻力大而对底板的比压小，可以解决复合顶板的管理难度大和松软底板支柱钻底的问题。当煤层厚度增大符合放顶煤开采条件时，再同时实施放顶煤。4#煤目前厚度为2.5-3.2m.也可采纳轻型综放支架一次采全高或实施放顶煤开采，既能解决复合顶板管理难度大和松软底板的支柱钻底问题，保证较好的支护效果。又能降低工人劳作强度大，提升煤炭资源回收率。

目前的高档普采工作面，生产设备能力较大，煤机、泵站、转载机、皮带等运输设备基本上可以配套使用。主要开拓及准备巷道都是按照综采要求制定的，能够满足轻放支架运输要求：局部回采巷

道受矿压影响变形较大的区段适当扩修后也能满足要求。

矿压观测结果说明，我矿4#煤层工作面直接顶初次垮落步距为9-13m,属于2类中等稳定顶板；基本顶初次来庄步距为22m。基本顶初次来压当量为：

式中Pe—基本顶初次来压当量，kN/m2;

Lf——基本顶初次来压步距，m;

N——直接顶充填系数，N=hi/hm;

hm—煤层采高，m;

hi—直接顶厚度，取实测值4.5m。

将实测参数代入上式，有：

由于Pe895,所以工作面基本顶属于I级，来压不显然。

资料说明，目前国内使用的所有轻型支架，都能适应我矿的煤层顶板条件。

3设备选型

轻型综放支架主要有ZFZ2000/15/23、ZY2400/14/30、ZFQ2000/16/24、ZFQ2400/16/24、ZFQ2500/16/24等型号。经过分析论证，最终选定ZY2400/14/30型。支架的主要技术参数为：支架型式：两柱掩护式液压支架；

高度〔最低/最高〕：1400/3000mm；

宽度〔最小/最大〕：1410/1580mm；

中心距：1500mm;

初撑力(P＝31.4MPa)：1856~2050kN；

工作阻力(P=38.2MPa):2295~2481kN;

对底板比压〔前端值〕：0.23~0.71MPa;

支护强度：0.486~0.542MPa〔泵站压力：31.4MPa)。

4关键技术

井田内落差小于3.0m的断层比较发育。如果采纳传统的搬家或平推硬过的方式，搬家的工作量一般都较大，搬家时间长。由于在断层处层理、节理、裂隙发育，顶板整体完整性差，造成支护困难，常常出现顶板沿断层处整体冒落现象。为保证综采工作面的正常推动，减少工作面过断层的难度，降低过断层时危险系数，我们提出了“断层预处理技术〞，实现了在断裂构造极为发育的复杂地质条件下，工作面无矸石快速通过断层，从而保证了综采工作面的高产高效。

为了实现对断层全岩部分的预处理，查明断层的产状是关键。我们应用槽波地震勘探等先进的探测技术，在开采前对工作面的地质条件特别是落差小于等于煤层厚度的断层进行了准确快速的超前探测，取得了非常好的效果。该技术探测断层准确、可靠，基本满足了生产要求。

断层位置探明后，采纳在断层处预掘巷道的技术对断层进行处理。预掘巷道断面采纳半圆弧型布置，以扩展巷道跨度