12107工作面顶板管理方案及安全措施研究

要云海

（西山煤电集团矿业公司七分公司，山西 太原 030200）

1 工程概况

狼窝渠煤矿12107工作面安装ZF13000/25/38T型液压支架98架，ZTZ20000/27.5/42T型端头支架和7架ZFG13000/27.5/42HT过渡支架，支架梁长5400mm，端面距小于等于340mm，工作面最小控顶距5740mm，最大控顶距6540mm。生产中采用及时移架支护方式，采煤机割过后，支架距后滚筒5m以外前移，移过后，将支架升紧升牢。

2 工作面内顶板控制

2.1 工作面支护方式

该工作面主要是采用追机移架的方式对顶板进行及时支护，割煤—移架—移刮板输送机，正常移架应用带压移架方式，滞后采煤机滚筒3～5架，降柱量一般为100～200mm；顶板有裂隙时，采煤机割一架紧跟采煤机滚筒移一架支架；顶板破碎时采用超前移架方式，不等采煤机割煤，就进行移架缩小端面距控制顶板，再进行其他操作，工艺为移架—割煤—移刮板输送机。采煤机割煤并移架后，及时伸出支架的伸缩梁护顶，并及时伸出护壁板。

2.2 工作面顶板控制要求

（1）工作面液压支架初撑力不低于24MPa；液压系统完好、不漏液。护帮板要及时护帮，不可用护帮板代替前梁使用。

（2）尽量减小机道空顶面积，工作面支架端面距不得超过340mm，工作面伞檐长度大于1m时，其最大突出部分不超过150mm；伞檐长度在1m及以下时，其最大突出部分不超过200mm。

（3）工作面液压支架（支柱）编号管理，牌号清晰；支架前梁梁端至煤壁顶板垮落高度不大于300mm；工作面内特殊支护齐全；如果局部悬顶和冒落不充分的，悬板面积大于2×5m2时，应采取有效措施处理采空区悬板。

（4）采高控制在作业规程规定范围内，支架的活柱行程不小于200mm；人员靠近煤壁临时作业时，必须架设可靠的临时支护；工作面因顶板破碎，需要铺设假顶时，及时制定相关措施。

3 端头及超前支护

3.1 支护材料的选择

工作面端头及超前支护选用DW45-250/110X型单体支柱。

（1）单体支柱工作阻力

式中：

Rt-支柱额定工作阻力，kN；

K-支柱阻力影响系数。

（2）合理支护强度

式中：

Pt-合理的支护强度，kN/m2；

h-巷高，m；

γ-容重，kN/m3，一般可取25kN/m3；

k-单体支柱支护的上覆岩层垮落带与巷高之比，一般为4～8。

支护密度：

式中：

n-合理的支护密度，根/ m2；

Pt-工作面合理支护强度，kN/m2；

Rt-支柱实际支撑能力，kN/根。

n=Pt/Rt=360/201=1.7 根 /m2。

根据合理的支护密度和实际情况确定超前支护形式为一梁三柱，柱距1m。

（3）单体柱支护强度的验算

直接顶单位面积的压力为：

式中：

Qz-直接顶单位面积最大压力，kN/m2；

k-载荷不均匀系数；

γ-顶板岩石容重，kN/m3；

h-直接顶厚度，m。

Qz=kγh=1.1×25×3.1=85.25kN/m2。

单体柱额定支护强度：

式中：

Pmax-单体柱额定支护强度，kN/m2；

F-单体柱额定工作阻力，kN；

S-单体柱有效支护面积，m2。

由上述计算可知，所选单体柱支护强度Pmax≥Qz，满足要求。

单体高度的选择：根据巷高平均高度为3.6m，单体的最大支护为4.5m，所选单体支柱满足开采的支护要求。

3.2 端头及安全出口的管理

3.2.1 端头支护方式与数量、柱排距与控制范围

工作面头端头采用1架ZTZ20000/27.5/42T型（两架一组）端头液压支架支护顶板，稳装在距煤柱帮0.8～2.65m之间；尾端头采用ZFG13000/27.5/42HT型过渡液压支架支设巷道宽度的一半及以上，尾端头支护的单体采用一梁一柱，梁采用1.2m的铰接梁；当工作面液压支架到煤柱帮之间的距离超过0.8m时，应支设单体支柱，每增加0.6m，增加1排单体支柱，柱间距为1m，排距为0.6m。当遇有地质构造、顶板破碎、矿压显现强烈等现象时，柱距应变更为0.8m，排距为0.4m，若仍不能满足支护强度应根据实际情况缩小柱距、排距，使其满足支护要求。

3.2.2 支设质量要求

（1）所支钢梁垂直于巷道方向，所有单体柱的初撑力达132.3kN及以上，要求端头的单体支柱的支护与超前支护相接，采空侧与切顶线支齐。所支单体必须有防倒、防坠装置，防倒装置采用刚性连接。

（2）端头支护时，要求支护结构合理，钢梁接实顶板，支护有效。支护时，必须把转载机、刮板输送机的按钮全部闭锁，开关打到“零”位。单体柱必须支在硬底上。

（3）两端头直角煤体由于受采动影响，采动裂隙不断形成，在采煤机割通该处实煤后，要根据实际情况决定提前加强该处顶板的维护，支护时要充分利用端头支护、长方木、单体柱加以维护。

（4）超前50m范围内每班设专人进行清理维护，巷道支护完好无失效，无自降支柱，并上好防倒和防坠装置，无片帮、无浮矸浮煤堆积，严禁堆放任何闲置费旧物品和设备。

3.2.3 关门柱位置及要求

工作面上下端头应支设关门柱(柱距不大于0.5m)，挂网(网应采用易于伸缩的尼龙网，高度不小于1.5m，宽度从支架侧到煤柱帮)，并挂牌标明：“严禁进入采空区”（牌版尺寸：高0.3m，宽0.4m），支设位置在后刮板运输机电机后0.05m处。

3.3 超前支护

3.3.1 超前支护方式、数量、柱排距及控制范围

（1）10704巷超前支护。超前支护范围为工作面煤壁线向外30m超前加强支护，10704巷的支护为锚杆锚索联合支护，超前支护采用一梁三柱支护形式，单体分别支设在“π”型梁两端，梁长4.9m，梁距为1.0m，梁两端距煤帮各0.3m，靠小帮侧单体距小帮0.4m，靠工作面侧单体距工作面0.6m，靠工作面侧单体距中间单体1m，靠小帮侧单体距中间单体3.5m。

（2）14704巷超前支护。超前支护范围为工作面煤壁线向外50m超前加强支护，14704巷的支护为锚杆锚索联合支护，超前支护采用一梁三柱支护形式，单体分别支设“π”型梁两端及中间，梁长4.4m，梁距为1.0m， 梁两端距煤帮各0.3m，靠小帮侧单体距小帮0.7m，靠工作面侧单体距工作面0.7m，靠工作面侧单体距中间单体1.2m，靠小帮侧单体距中间单体2.4m。

3.3.2 支设与支护质量要求

（1）所有单体必须上齐防倒、防坠装置，并编号管理，防倒装置采用钢性连接，并编号管理，连接位置应在支柱支设高度的2/3处，不超过活体柱，伸缩距离不小于0.2m；防坠装置采用抱箍弹簧扣式刚性连接，钢梁与支柱活柱连接紧密，同时升降。保持在同一个高度，且单体支柱三用阀方向一致，阀端指向古塘。

（2）回撤超前支柱时，专人观察顶板及周边情况，不得留有闲杂人员，确认安全后，方可回柱。回柱时，由一人先将“一梁三柱”中间单体柱防坠装置取下并扶好，另一人用专用放液手把放液，单体柱放液后，把防倒装置取下由两人协同把单体抬到指定地点备用，待4人到齐后再分别回两边的单体支柱。

（3）其中两人先扶好一侧的单体支柱，一人放液。当一侧单体柱降到一定的高度时，另一人拿稳π型梁，放液的人员把防倒、防坠装置取下后，扶支柱的两人把单体抬到指定地点后再用同样的方法放另一侧的单体柱，最好两人合力把π型梁抬到指定地点。

（4）在10704巷和14704巷支设超前时，必须有专人指挥，四人一起操作。在10704巷支设超前支护时，四人先将π型梁抬到支设地点放在转载机上面，再将单体抬到位。先由一人站在转载机上面拿稳π型梁放在单体柱头上，上好防坠装置后再由另一人给液将单体柱升紧。按同样的工序再将另一侧的单体柱支好后，再将中间的单体柱支好并上好防坠装置，最后补齐所缺的防倒装置。在支设超前支护时，必须停止转载机并将转载机闭锁，以防别人误开。

（5）回柱时，要注意先检查顶帮的安全状况，找好退路，在顶板破碎的情况下要支设替柱，并要远距离操作，严禁支柱与回柱平行作业。

（6）坚持敲帮问顶制度，回梁前要将零皮、活煤、矸石处理掉。两巷的锚杆、锚索、预应力钢带，必须及时回收，回收范围为煤壁向外2m处。工作面头尾超前支护执行挂牌管理制度，牌版应说明超前支护单体支柱和花边型钢梁的型号、数量，超前支护的柱距、排距、长度。

4 结语

从工作面顶板控制和端头及超前支护的顶板管理三个方面，对12107工作面的顶板管理进行了方案设计，制定相应的安全措施，实践应用效果证明该设计方案是合理、可行的，保障了12107工作面的开采安全。