煤矿矿井23215综采工作面顶板管理技术设计.pdf
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1、2023 年第 8 期2023 年 8 月煤炭是中国能源结构中十分关键的一环,煤矿的安全掘进对保证中国能源安全具有重要作用。煤矿的安全开采不仅关系着中国煤炭生产能否顺利进行,还关系着煤矿矿井中作业人员的生命安全,所以在煤炭生产过程中,中国十分重视综采工作面的作业安全。然而由于中国煤矿矿井中作业环境较为恶劣,在煤炭生产过程中时常发生安全事故,尤其是因综采工作面顶板支护所造成的生产事故占据极大比例。在煤矿掘进作业过程中,会导致矿井围岩原有的结构被破坏,极易出现挤架、倒架等安全事故,威胁着整个综采工作面的作业安全。因此,在煤矿矿井实际开采作业中,需要加强综采工作面顶板管理工作,最大程度上降低煤炭生产
2、中发生安全事故的概率。1矿井概况伊犁新矿煤业有限责任公司的煤矿矿井位于霍城县东南部,井田面积为 76.65 km2。该矿井的资源储量为 1.68109t,主要可采煤层有煤21-1、煤23-2、煤27。其中 23215 综采工作面位于井田东北区的南部,西侧为23217,23219 工作面采空区,东侧为 23213 工作面采空区,北面是工作面的停采线(停采线位于 23215 辅运上山以南 15 m),南面是掘进揭露的伴生断层(倾向为330毅、倾角为 60毅、落差为 12 m),上 部为 21107,21105 工作面采空区。23215 综采工作面的勘探报告显示,工作面开采煤层埋藏较浅且构造相对简单
3、,煤层倾角平均为 6毅。2矿压观测为了加强煤矿矿井 23215 综采工作面的顶板管理工作1,避免发生冒顶安全事故,本文针对该矿井的实际情况设计了相应的顶板管理技术。首先需要对矿压进行观测,参考观测结果实现对 23215 综采工作面顶板活动规律、支架受力等数据的定期分析,从而为后续顶板支护工作提供相应的技术参数2。本文在 23215 综采工作面上,采用山东思科赛德矿业安全工程有限公司KJ 24 顶板灾害监测预警系统对支架阻力进行监测,支架压力记录仪分别布置在 5#,10#,15#,150#,155#,160#,165#支架上。通过对工作面支架工作阻力进行监收稿日期:2023-01-04第一作者简
4、介:张玉起袁 1983 年生袁 男袁 山东新泰人袁 助理工程师袁 主要从事井工煤矿开采研究遥通信作者:万芦苇袁 1982 年生袁 男袁 山东新泰人袁 助理工程师袁 主要从事井工煤矿开采研究遥煤矿矿井 23215 综采工作面顶板管理技术设计张玉起袁 万芦苇(伊犁新矿煤业有限责任公司,新疆 伊犁 839300)摘要:为了避免采煤过程中综采工作面发生支架下滑等安全事故袁 对煤矿矿井 23215 综采工作面顶板管理技术进行了设计遥 以伊犁新矿煤业有限责任公司 23215 综采工作面为例袁 通过对工作面进行矿压观测袁 为顶板管理提供技术参数遥在工作面顶板管理中袁 根据支护强度确定液压支架的选型袁 并采用
5、本架操作尧 及时支护的顶板支护方式遥 在顺槽及端头顶板管理中袁 上顺槽尧 下顺槽采用超前支架支护方式袁 工作面端头采用支架支护顶板的管理方式遥关键词:煤矿矿井曰 综采工作面曰 顶板管理曰 技术设计中图分类号:TD327.2文献标志码:A文章编号:2095-0802-(2023)08-0094-04Design of Roof Management Technology for 23215 Fully Mechanized Mining Facein Coal MinesZHANG Yuqi,WAN Luwei(Yili Xinkuang Coal Industry Co.,Ltd.,Yili
6、839300,Xinjiang,China)Abstract:In order to avoid safety accidents such as bracket sliding in the fully mechanized mining face during the coal miningprocess,the roof management technology of the 23215 fully mechanized mining face in the coal mine was designed.Taking the23215 fully mechanized mining f
7、ace of Yili Xinkuang Coal Industry Co.,Ltd.as an example,by observing the mining pressure onthe face,technical parameters were provided for roof management.In the management of the working face roof,the selection ofhydraulic support was determined based on the support strength,and the roof support m
8、ethod of operating this support and timelysupport were adopted.In the management of the trough and end roof,the advanced support method was adopted by the upper andlower troughs,and the management method of the roof supported by the support was adopted at the end of the working face.Key words:coal m
9、ine;fully mechanized mining face;roof management;technology design(总第 215 期)技术研究942023 年 8 月2023 年第 8 期测,掌握支架工作状态,评价支架适应性及顶板控制效果,防止工作面异常来压事故发生。然后采用“十”字布点法安设观测基点来观测巷道表面变形量(围岩变形量),如图 1 所示。A,B,C,D测点。图 1巷道表面变形量观测点布置示意图如图 1 所示,于 23215 综采工作面上、下顺槽顶板离层仪安设点布置观测基点,每个基站布置 2 组围岩变形观测点,间隔 1 m。使用挂线测量:首先在测点B,C之间布设测
10、绳,测点A,D之间布设钢卷尺,此时获取相应的观测数据;然后在测点A,D之间布设测绳,测点B,C之间布设钢卷尺,再次获取相应的观测数据。观测数据的读数可精确到毫米,通过前后数据对比,可准确计算出巷道两帮变形量、顶底板移近量。最后利用顶板离层仪来获取巷道的顶板离层状态,分析工作面巷道围岩变形规律,保障顺槽的稳定性。测量频率为:顶板离层仪与围岩表面变形观测基站距离工作面 100 m 以外均为每周观测 1 次,100 m 以内为每天观测 1 次。通过上述内容,参考已回采完毕的 23213 工作面矿压观测参数,本文所得 23215 综采工作面矿压观测结果如表 1 所示。3工作面顶板管理3.1液压支架选型
11、液压支架3是确保煤矿矿井开采作业顺利进行的关键设备之一。进行液压支架的选型时,需要综合考虑煤矿矿井 23215 综采工作面的实际环境以及支架支护强度等因素,在保障所选液压支架承载力符合工作面需求的基础上,兼顾液压支架的经济效益。首先按照经验公式计算支护强度:p1=kh酌g,(1)式中:p1为 23215 综采工作面支护强度的数值,单位MPa;k为需要支护的顶板的坍塌系数;h为 23215 综采工作面破煤高度的数值,单位 m;酌为岩石容重的数值,单位 t/m3;g为重力加速度的数值,取 9.8 m/s2。代入数据得:p1=83.82.69.8=774.592kN/m20.775 MPa。按照实测
12、统计法计算 23215 综采工作面顶板压力为:p2=325M0.21,(2)式中:p2为 23215 综采工作面顶板压力的数值,单位kN/m2;M为 23215 综采工作面最大开采高度的数值,单位 m。代入数据得:p2=32510.80.21 535.68 kN/m2。根据式(2)所求工作面顶板压力,所需支架的工作阻力F为:F=p2n滋,(3)式中:n为支架的数量,取 5;滋为每个支架所承受的工作面顶板质量的比例因子,取 1.75。代入数据得:F=535.6851.75=4 687.2 kN。结合上述公式所求参数,本文在进行煤矿矿井23215 综采工作面的顶板支护过程中,选用 ZFY13000
13、/24/42D 型和 ZFG15000/27/42D 型液压支架4,液压支架的支护强度为 1.43 MPa,大于式(1)所求工作面支护强度,支架的支护阻力为 13 000 kN,大于式(3)所求的支架工作阻力,可以满足顶板管理需求。在确定液压支架的型号之后,需要结合 23215 综采工作面的实际位置与环境,确定液压支架的高度和结构,进而保障作业人员可以安全开采煤矿。3.2顶板支护方式煤矿矿井 23215 综采工作面顶板管理技术的另一个关键因素就是支护方式5,本文在介绍顶板支护方式时,主要从综采工作面正常生产时期和特殊时期两个角度出发。首先是 23215 综采工作面正常生产时期,采用本架操作、及
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