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厚煤層一次采全高支架回撤壓力監(jiān)測及措施

文檔作者：趙學雷文檔來源：山西潞安環(huán)能股份公司王莊煤礦		點擊數：	更新時間： 2021年12月06日
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第44卷第2期
2016年4月
礦 山 測 量
MINE SURVEYING
V01．44 NO．2
Apr．2016
doi：10．3969／j．issn．1001—358X．2016．02．004
厚煤層一次采全高支架回撤壓力監(jiān)測及措施
趙學雷
(山西潞安環(huán)能股份公司王莊煤礦，山西長治046031)
摘要：介紹了7．2 m大采高支架回撤及垮落區(qū)頂板支護與控制方案，對支架回撤時工作面圍巖壓力
及壓力顯現進行了分析，并對回撤中遇到的問題及采取的措施進行了闡述，為同類井下開采條件下
大采高支架回收提供了借鑒經驗。
關鍵詞：7．2 m一次采全高；支架回收；圍巖壓力；回撤通道
中圖分類號；TD326 文獻標識碼：B 文章編號：1001—358X(2016)02—0012—03
潞安集團王莊煤礦8101工作面試驗使用了全
國首套7．2m大采高配套設備技術。該工作面是王
莊煤礦也是潞安集團第一個大采高工作面，工作面
采用7．2m大采高支架一次采全高綜合機械化采煤
法進行回采。為了保證支架能夠安全順利回撤，經
過對工作面圍巖壓力進行分析，制定了切實可行措
施，保證了設備順利回收。
1 工作面概況及壓力分析
1．1 工作面地質概況及支架參數
8101工作面埋深352～456 m，總體構造形態(tài)為
向南傾斜的單斜構造，煤層厚度穩(wěn)定，平均厚6．3 m。
直接頂為泥巖、平均厚度為2．2 1TI。直接底為泥巖，
平均厚度為4．25 m。收尾期間工作面跨兩條斷層回
采，分別為F286(50。，H：1．0 In)和F288(65。，日=
4．5 Il1)。工作面采用ZY15000／33／72D型中間液壓
支架129組，支護寬度1880～2130 mm；ZYG15000／
33／72A(B)型過渡液壓支架2組，支護寬度2200—
2300 mm；ZYT13000／27／55型排頭(尾)支架6組，支
護寬度1680～1880 mm。
1．2 工作面設備回收圍巖壓力分析
1．2．1 工作面支架回撤前壓力分析
(1)頂板壓力估算
工作面頂板壓力按6～8倍采高巖重來估算，
8101工作面頂板條件較好，取低倍數。
P
。
= 6y h=6×2．5×4．7=0．71(MPa) (1)
式中：P。為頂板壓力kN／m ； 為頂板巖石容重，泥
巖類頂板取2．5 t／m ；h為工作面收尾時降低采高為
h=4．7 m 。
綜合上述計算，8101綜采工作面使用的
ZY15000／33／72D型液壓支架額定工作阻力15000
kN(P=38．2 MPa)能夠滿足8101工作面收尾時頂
板支護強度要求。
(2)回撤通道支護驗算
工作面停架后，掘回撤通道，回撤通道可近似看
做小煤柱沿空掘巷。超前支護至少應當平衡頂煤及
直接頂巖重。
且口P ≥P =(M ×R +M x R )×L×W×K
(2)
式中：P．為巷內原支護及超前支護對頂板的支護，t；
P 為巷道所需支護，t；尺 為煤層容重1．35 t／m ；M
為頂煤層厚度，取1．6 rft；R 為直接頂容重，2．5
t／m ；M 為直接頂厚度，取最大值2．2 m；L為單位長
度，取1 m；W為巷道支護寬度；K動壓系數，取1．2。
回撤通道：P =(2．2 x 2．5+1．6×1．35)×1×
4．5×1．2=41．36 t：
由高強度螺紋鋼錨桿的錨固力為10 t，回撤通道
頂板布置6根錨桿，其有效系數取0．7，排距為0．9
m，單位長度為1 m，每1．8 nl布置三根錨索，錨索錨
固力為30 t。
P．：6× 10 ×0．7 × 1／0．9 +30 ×3／1．8 =96．67
(t)>P 。故回撤巷道頂板支護設計能夠滿足支護
要求。
1．2．2 工作面支架回撤后壓力分析
(1)支架回撤后采空區(qū)頂板壓力分析及控制
工作面每回撤1組支架后，及時在支架原位置
引用格式：趙學雷．厚煤層一次采全高支架回撤壓力監(jiān)測及措施[J]．礦山測量，2016，44(2)：12—14
12
第2期 趙學雷：厚煤層一次采全高支架回撤壓力監(jiān)測及措施 2016年4月
處打設3個木垛，3根圓木點柱控制回架窩頭垮落區(qū)
頂板。壓力大小可近似看做支架頂板上方頂煤及直
接頂巖重，兩個木垛及3根圓木點柱受力面積為每
個木垛道木的四個交點及圓木橫截面之和，經驗算
在老頂垮落前，木垛及圓木點柱將不會受壓損壞，滿
足頂板支護要求，能夠保證回架窩頭處回架空間。
隨著老頂垮落，木垛及圓木點柱承載增大，木垛及圓
木點柱被逐漸壓壞，工作面采空區(qū)內頂板整體下沉，
避免了采空區(qū)出現大面積懸頂現象。
(2)回撤支架期間工作面礦壓顯現分析
隨著工作面支架回撤，懸頂面積逐漸增加，支架
回撤后的頂板在工作面煤壁和待撤支架的支撐下，
可視為處于兩邊固支狀態(tài)，隨支架回撤，回架窩頭處
頂板彎矩逐漸增大，最終在固支邊和自由邊交界處
達到極限破斷；破斷線沿極限彎矩線方向擴張形成
“弧形三角懸板”，并隨著支架回撤周期性垮落，工作
面變表現為壓力周期性增大。
回撤期間工作面老頂初次來壓后共經歷了21
次來壓，其中回撤完127#支架時，工作面支架壓力明
顯大于之前，之后壓力逐漸減小，判斷為老頂初次垮
落，初次垮落步距約為21．5 m。回撤完127#架后，
工作面又經歷了20次來壓，周期來壓步距為10～
14 m。
2 回收工藝
2．1 回撤前準備工作
(1)柔性網與煤壁注漿
8101面采用JDPET800 800MS型柔性網代替
經緯網進行收尾。相較于傳統(tǒng)金屬網，柔性網抗拉
強度大，延伸率低，兜護能力強，頂板控制效果好。
收尾結束后，工作面局部區(qū)域出現煤墻片幫、頂
板破碎現象，對煤壁進行注漿加固。注漿孔呈三花
眼布置，上排眼距頂板1．0 m，下排眼距底板1．8 m，
均呈30。斜向上打眼，每孑L注漿15～20桶。
(2)工作面支架回撤通道
為避免預掘回撤通道不能很好與回撤通道對
接，圍巖比較松軟破碎，而且要經受超前支撐壓力及
周期來壓影響，確定采用停采后掘進撤架通道，如圖
1所示，降低了巷道的支護難度及維護工程量。
參考工作面地質情況和設備尺寸，確定回撤通
道尺寸為寬4．5 in(即支架伸縮梁全部伸出后伸縮
梁端部至煤墻的距離)，高4．7 m，回撤巷道頂板采
取錨網索支護，巷幫采用錨網支護。
圖1 收尾后掘進回撤通道
(3)底板與垮落區(qū)頂板支護方式
在刮板輸送機及采煤機回撤完畢以后，工作面
斷層揭露區(qū)域底板有浮煤，為方便支架的回撤及支
架搬運車的正常行走，對工作面底板進行硬化。
頂板支護是將兩組中間架(129#、128#支架)調
向后，平行切眼方向并排擺放在回撤通道內(參見圖
2)，作為掩護架維護回撤通道頂板；其中掩護支架頂
圖2 工作面平面布置及支護圖
13
第2期 礦 山 測 量 2016年4月
梁前端不放待回支架，129#架靠近煤墻，為主掩護支
架，128#支架為副掩護支架。在支架原位置打設木
垛及圓木點柱控制支架已回撤區(qū)域頂板。每回撤一
組支架后，掩護架交替前移，工作面支架依次回收，
如圖2所示。
2．2 中間架回撤方法
將待回中間架推拉千斤頂伸至最大行程，在推
拉千斤頂前端固定好鏈條及絞車鋼絲繩，鏈條的另
一頭固定在主掩護支架的大腳上。開啟絞車將鋼絲
繩拉緊，然后開始降待回中間架，當降至支架頂梁與
頂板稍微有空隙后，進行收回推拉千斤頂作業(yè)。通
過收推拉千斤頂，待回中間架自行前移，移架結束
后，開啟絞車將支架調向。調向完畢后通過WC80Y
型支架搬運車將中間架運出工作面。
3 回收過程中遇到的問題及解決方案
(1)工作面在回撤出中間架后，由于受圍巖應力
影響，垮落區(qū)對待撤中間架及主、副掩護架造成擠
壓，加大了支架安全回撤的難度。在拉出中間架2～
2．5 m時立即靠近垮落區(qū)打設第一組木垛，待支架完
全拉出且未調向前立即進入垮落區(qū)打設第二、三組
井字型木垛及點柱進行頂板支護，有效的預防了垮
落區(qū)導致的擠架現象。
(2)為保證工作面的回撤有序進行，在回撤中間
架及前移主、副掩護架時，應盡量避免出現掛網現
象，如因出架發(fā)生掛網、破網時，必須先停止出架，立
即進行補網作業(yè)，待補網完畢后方可繼續(xù)出架，以免
冒落大量煤塊、矸石影響支架的正?；爻贰?
(3)受F288斷層的影響，在回撤115#一110#中
間架期間，頂板破碎嚴重、壓力顯現，導致主、副掩護
架頂梁前出現大面積墜包，為減小墜包影響，在主、
副掩護架前墜包處，垂直于工作面方向利用中間支
架及單體柱架設工字鋼棚進行支護，副掩護架與垮
落區(qū)木垛之間空隙處，平行于工作面方向打設單體
柱工字鋼棚進行支護，保證了墜包處支架的正?；?
撤。
(4)工作面支架在回撤至110#中間架時，頂板
破碎嚴重，壓力顯現，致使副掩護與垮落區(qū)之間出現
墜包，由于墜包對副掩護架(靠垮落區(qū)側)較大的擠
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壓，再加之底板不平(靠煤墻側底，靠垮落區(qū)側高)，
導致主、副掩護架向煤墻方向微微傾斜。為擺正主、
副掩護架，在主、副掩護架頂梁上分別栓設大鏈與待
回支架連接，用待回支架的推拉千斤頂進行回拽，待
支架擺正后，再在靠近煤墻側支架靴下墊設廢舊道
木，松掉大鏈，升緊支架，以保證主、副掩護架對頂板
的有效支護作用和后續(xù)拉主、副掩護架的正常進行。
4 結 語
8101工作面7．2 m大采高配套設備體積大、噸
位大，要求有寬敞的撤架空間，才能保證拆除設備質
量，加快搬家速度。該工作面所采用的撤架通道的
方法和錨網索支護技術，由于顯著減少了回采時采
動引起的巷道變形量，保證了撤架所需斷面要求，為
工作面支架回收創(chuàng)造了有利條件，避免對預掘回撤
通道的大量維護工作，大幅度降低了工人工作量，為
高產高效創(chuàng)造了十分有利的條件，為同類井下開采
條件下大采高綜采設備回收提供了借鑒經驗。
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作者簡介：趙學雷(1967一)，河南靈寶人，高級工程師，現任
山西潞安環(huán)能股份公司王莊煤礦副礦長，從事礦山機電、安
全技術及管理工作。
(收稿日期：2016—01—15)

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