综采工作面支护优化研究

综采工作面支护优化研究

田静

陕西煤业集团黄陵建庄矿业有限公司  陕西省延安市  716000 

摘要：在煤矿生产作业的实施过程中，需要涉及到不同类型的工作面，应对顶底板施工项目内容予以综合考虑，确定综采工作面操作方法，并对支护设计予以优化和完善，为了降低巷道支护成本，提升经济效益，通过现场实测，结合数 值模拟对工作面进行支护优化研究。通过分析发现，优化后的支护方案与原有支护方案支护效果差距不大，但支护所需的材料及成本得到了有效降低，优化后的支护方案能够保证巷道的应力环境稳定，本文分析了综采工作面回采工作存在的问题进行阐述，分析单体支护方法存在的弊端和不足，以及优化的改进方案。实践表明，通过优化的改进后，取得了良好的支护工作效果，全面提高了综采工作面的整体安全性。

关键词：综采工作面；支护优化

引言

煤矿地理位置的复杂性决定了开采难度的高低，综采工作面过断层期间受构造应力、超前应力及采空区残余应力等集中应力牵引影响，应力区顶板及煤壁出现应力扩张及剥离破坏，造成工作面端面距加大、断面顶板破碎严重及煤壁片帮严重。传统工作面主要采用液压支架进行顶板支护，但是液压支架体积大、能动性差，受施工环境影响支架无法及时大面积超前支护，从而导致工作面大面积围岩破碎，影响工作面安全稳定生产。

1工作面回采现状

根据工作面前期回采现场观察发现，工作面过断层期间出现顶板破碎、煤壁片帮等现象的主要原因有以下几方面：1）围岩稳定性差：工作面回采的煤层为石炭系煤层，煤层单轴抗压强度不足20MPa，煤岩体呈层状结构，而且煤体内含3～4层夹矸，破坏了煤体连续稳定性，工作面回采时采煤机破煤后煤体力学性质降低，煤壁支撑强度低及顶板承载能力差，是煤壁片帮、顶板破碎重要原因之一。2）回采工艺影响：工作面主要采用放顶煤回采工艺，采煤机回采高度为3.5m、放煤高度为7.8m，工作面回采期间顶板以顶煤为主，回采期间煤壁片帮严重，导致工作面端面距加大，顶煤承载强度低，从而导致顶板断裂、破碎现象。3）集中应力影响：工作面过断层期间受断层应力、回采超前应力及上覆老窑采空区残余应力等集中应力影响，导致围岩受应力破坏严重，围岩裂隙发育，应力在裂隙带内释放从而对围岩产生扩张破坏作用。

2综采工作面支护优化

2.1优化综采工作面端头支护设计

在煤矿行业长久化的发展过程中，积极引进了新技术和新设备，促进采煤技术应用水平的提升，通过及时改善综采工作的环境条件，有效降低了施工人员的作业强度。在开采深度不断增加的过程中，随着对现代化机械装备的引进和使用，设备运行水平仍然处于低级状态，无法保障综采作业发展的科学性和平衡性。为了能够充分的解决新型问题，应结合综采工作面的实际情况加以分析，提出有针对性的整改办法。对于综采工作面来说，其中所布置的设备具有多样性，且供电运输系统相对较长，容易出现复杂化问题，切眼与上下巷在实际的连接过程中，在连接区域形成了端头，为人员的行走和煤矿运输作业的开展提供了助力支持。由于端头的悬顶面积相对较大，需要承受来自采空区和周围环境所带来的压力，在综合压力考验的影响下，为了避免直接影响综采工作面的运输系统，需要从端头入手，对支护体系予以加固处理。

2.2安全操作方法

在综采工作面回采工作过程中，为了充分发挥出液压操前支架结构，对于工作面回风巷道围岩支护工作效果，保证巷道的安全生产，制定出以下几种安全控制工作策略：第一，在支架安装工作之前，需要有效检查煤矿巷道顶板位置是否完好无损，是否存在活矸、片帮等，周围的环境条件是否安全，是否有工作人员经过是否存在设备杂物，确认安全之后方可进行后续施工。第二，需要全面加强煤矿巷道顶板管理工作，当煤矿巷道的顶板比较破碎的条件下，在超前液压支架巷道当中，中间和两帮位置需要进行临时支护，确认安全之后方可进行移动，尤其在遇到断裂构造的情况下，必须要加强支护施工。第三，采煤机割完端头的三角煤离开端头位置，然后进行支架移动。操作支架工作当中需要至少有两个人进行配合，一人进行操作，一人监护，并且要求在支架下方的安全区域进行施工移架工作中，如果发现异常问题需要及时停止工作，避免产生意外安全事故。

2.3综采工作面停采顶板支护设计

①确定停采位置。首先，在精细化的分析过程中，需要根据矿压所产生的规律，切实的掌握总体的来压布局。对于矿压仪表的实际测量区域来说，需要在一定程度上予以适当的增加，确保最终的测量数据取值能够扩大相应的数值范围，最终能够为矿压规律分析工作的开展提供助力支持，保障最终分析数据的准确性。与此同时，还需要加大对矿压观测人员的管理力度，不仅需要以专人专项的形式，安排专业专职的工作人员，从井上的工作面入手，对矿压情况予以实时化的监控，还需要加强实际的跟班力度，进一步对支架工作阻力的总体变化情况予以分析。通过对工作面来压阶段所产生的征兆进行综合考虑，确保工作人员操作方法的规范性，为观测作业的开展提供助力支持，并结合关键数据信息加以记录，保障记录内容的真实性与可靠性。其次，在综合考虑压力问题的情况下，还应保障停采位置确定的准确性，结合当地区域的水文、地质等构造条件予以综合考虑，在提出规范化要求的情况下，借助优良的地段条件，为综采工作面各项作业的开展奠定良好的基础，发挥出顶板支护技术的实际效用。最后，还需要对相关工作予以合理组织，确保所选出的停采位置具备适宜性，根据前期阶段所测量到的数据信息，通过对周期来压布局的统计，及时确定最终的停采位置，再根据对规律的掌握情况，对顶板区域进行来压，待顶板的压力完全释放之后，再向前推进一段距离，及时开展停采作业。在一般情况下，向前推进的距离应保持在2m～4m的区间范围内，使支架能够处于稳定的运行状态，并且可以确保机道顶板处于稳压的区间范围内。②顶板支护操作的优化条件。需要结合综采工作面的实际情况予以分析，结合顶板的位置设置，从扩帮、抹角以及开设车窝等环节出发，及时开展顶板支护作业。所选用的锚杆、锚索挂网等基础设施，应具备先进性的特点，保障支护方式的联合性，在必要的情况下还应对锚索钢梁予以补打。另外，当综采工作面的两个巷道之间，出现的超前范围为10m时，那么需要对补打锚索钢梁进行锁口处理，以此来保障撤退作业的安全性。

结束语

煤炭资源一直是我国国民生产生活的重要能源，经过多年的开采，煤炭资源的储量逐步减小。近年来我国提出利用清洁能源代替化石能源的口号，但由于风能、水能、太阳能等能源产量对于我国巨大的能源需求可谓杯水车薪，所以在未来很长一段时间内，煤炭资源仍是我国能源发展的重要保证。在矿井开挖过程中，由于巷道支护不当，使得矿井出现坍塌、压架等事故，所以如何避免支护不足或支护不当造成的安全隐患是矿井研究的重要课题。综采工作面原有支护方案成本较高，为了降低巷道支护成本，达到降本增效的目的，本文通过数值模拟软件对巷道开挖过程进行分析，给出相应的最佳支护方案，并通过现场实践，验证了优化后支护方案的可行性，为矿井经济效益的提升提供一定的参考。

参考文献

[1]宗盖.综放工作面大断面沿顶巷道支护设计优化研究[J].山东煤炭科技，2021（6）：31-33.

[2]潘一山，高学鹏，王伟，等.冲击地压矿井综采工作面两巷超前支护液压支架研究[J].煤炭科学技术，2021（6）：1-12.

[3]李明忠，张德生，刘壮，等.8.2m大采高综采工作面超前支护技术研究及应用[J].煤炭科学技术，2017（11）：32-36.