一、項(xiàng)目背景
針對某煤業(yè)公司12下04工作面頂板控制及片幫的技術(shù)難題，組織技術(shù)人員協(xié)同科研院校進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，對復(fù)雜條件下綜釆工作面頂板控制技術(shù)進(jìn)行研究，構(gòu)建復(fù)雜條件下綜采工作面頂板穩(wěn)定性控制技術(shù)體系，對12下04工作面進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)踐。通過數(shù)值模擬不同空頂距條件下，空頂區(qū)水平位移和垂直位移分布情況以及通過數(shù)值模擬軟件UDEC模擬不同采高下，煤層頂板位移的變化情況，獲得主采煤層礦壓顯現(xiàn)規(guī)律和控制方法，取得了復(fù)雜條件下頂板穩(wěn)定性控制技術(shù)及煤壁片幫的解決方案。
二、主要研究內(nèi)容
1.對12下04工作面片幫冒頂原因分析，分析復(fù)雜條件下工作面片幫漏頂?shù)闹饕蛩兀?
2.針對片幫冒頂?shù)臋C(jī)理，對復(fù)雜條件下綜采工作面頂板穩(wěn)定性控制開展技術(shù)研究；
3.制定頂板控制技術(shù)及防治片幫方案；
4.現(xiàn)場實(shí)踐效果分析。
三、技術(shù)原理
通過計(jì)算機(jī)軟件模擬，找出了不同空頂距和不通過采高下圍巖位移規(guī)律，優(yōu)化了支架供液及移架方式，加快移架速度，減少空頂面積和空頂時(shí)間；合理控制工作面采高，提高支架初撐力，減輕了頂板對煤壁的壓力，減少片幫現(xiàn)象；建立了控制底板平整度使工作面壓力均衡的技術(shù)。
1.優(yōu)化了支架供液及移架方式，加快移架速度
工作面液壓支架是抗衡頂板壓力的重要設(shè)備，是工作面平穩(wěn)順利推進(jìn)的重要保障。工作面推進(jìn)速度和支架工作狀態(tài)對頂板垮落歩距和垮落高度存在較大的影響，通過數(shù)值模擬不同空頂距條件下，空頂區(qū)水平位移和垂直位移分布情況。尋求工作面空頂面積、時(shí)間與空頂區(qū)圍巖變形之間的關(guān)系，并為此制定縮小空頂面積、縮短空頂時(shí)間的方案。
2.頂板破碎易片幫條件下頂板穩(wěn)定性控制技術(shù)
對于頂板破碎易片幫地段，釆煤機(jī)割煤后，支架應(yīng)及時(shí)伸出護(hù)幫板并緊靠煤壁。此時(shí)的煤壁暴露面因?yàn)橛辛思s束，由二向應(yīng)力狀態(tài)又恢復(fù)到了三向應(yīng)力的穩(wěn)定狀態(tài)，所以煤壁強(qiáng)度得到了提高，減小了片幫的可能性。在煤機(jī)前滾筒通過后及時(shí)伸出前梁支護(hù)頂板，進(jìn)一步減少空頂面積和空頂時(shí)間。對局部已經(jīng)片幫漏頂或端面距超過規(guī)定，要及時(shí)超前拉架控制頂板，拉架后端面距仍超過340mm，必須在煤壁使用單體、工字鋼或半圓木進(jìn)行背幫支頂，防止片幫漏頂范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。
3.合理控制工作面釆高
工作面的采高是影響頂板冒落及煤壁片幫的重要因素，通過數(shù)值模擬軟件UDEC模擬不同采髙下，煤層頂板位移的變化規(guī)律等表明，合理的工作面釆高可以減小頂板冒落及煤壁片幫發(fā)生的可能性。根據(jù)煤層厚度變化情況及時(shí)調(diào)整現(xiàn)場釆高，提高支架初撐力，減輕了頂板對煤壁的壓力，減少片幫現(xiàn)象。
4.建立了控制底板平整度使工作面壓力均衡的技術(shù)
綜采工作面頂?shù)装宓钠秸闆r直接影響到液壓支架對頂板的支護(hù)效果。綜采工作面構(gòu)造揭露頻繁，容易在構(gòu)造處前后頂?shù)装宄霈F(xiàn)起伏和臺階接茬，支架接頂不實(shí)，造成頂板臺階下沉而產(chǎn)生變形破壞。因此煤機(jī)過構(gòu)造處時(shí)必須割平頂?shù)装澹昂笠樒逻^渡。并根據(jù)現(xiàn)場構(gòu)造情況確定合理的過渡段長度，以滿足支架頂梁與頂板之間的平緩過渡，避免出現(xiàn)大的起伏和臺階，以確保支架頂梁接頂平整，保證支架接頂效果良好，避免出現(xiàn)頂板不均勻下沉和壓力集中。
嚴(yán)格控制斷層等構(gòu)造地帶前后坡度，保證了支架與頂板之間接頂平整密實(shí)，確保了工作面壓力均衡，避免或減少了工作面因局部壓力集中而造成漏頂。
四、應(yīng)用效果
本項(xiàng)目共計(jì)投入38萬元，投入與產(chǎn)出比經(jīng)濟(jì)合理。
12下04工作面復(fù)雜條件下的頂板控制技術(shù)在該公司后續(xù)的12下08工作面成功進(jìn)行了推廣應(yīng)用。該工作面在回采過程中，共計(jì)揭露斷層22個(gè)，陷落柱1個(gè)。從開始推進(jìn)至回釆結(jié)束，未發(fā)生片幫漏頂和人員傷害事故，正規(guī)循環(huán)率高達(dá)99%以上，噸煤電費(fèi)持續(xù)穩(wěn)定在9元/噸較低水平，工作面綜釆設(shè)備事故影響時(shí)間僅為4.3小時(shí)/年。在取消夜班生產(chǎn)、早班檢修、中班單班生產(chǎn)的情況下，仍較好地完成了生產(chǎn)目標(biāo)任務(wù)。
五、推廣應(yīng)用前景
我國目前大部分礦區(qū)已經(jīng)開釆至深部水平，大多數(shù)工作面開釆條件復(fù)雜，礦壓大，構(gòu)造多，頂板破碎不穩(wěn)定。該項(xiàng)目成果為類似開采技術(shù)條件工作面頂板控制提供了可靠的技術(shù)途徑和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)借鑒。因此，本項(xiàng)目的成功研究與實(shí)施，具有良好的社會效益和廣闊的推廣前景。
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