? 摘要：近幾年來，單體液壓支柱的推廣使用,大大改善了采煤面的頂板管理,減少了頂板事故的發生,促進了生產的發展。本文就我礦多年來使用單體液壓支柱的情況,膚淺地談一談這種支護裝備對頂板控制效果的思考。
??????????? 關鍵詞：單體液壓支柱；頂板管理；安全效果；分析
???????? 1.? 概況
?????????? 礦井在八十年初采煤工作面都是使用金屬摩擦支柱支護頂板。自85年起礦井才開始使用單體液壓支柱,目前,礦井共三個回采工作面,全部都使用單體液壓支柱配π型鋼梁支護頂板。經過年多的生產實踐及礦壓觀測證明,單體液壓支往的支護性能基本上適應我礦各類頂板的變化規律,煤層頂飯得到了控制,解決了多種采煤方法的頂板管理問題,收到了比較好的安全效果和經濟效果。
??????? 2．采面頂板支護設計
??????? 依據頂板壓力確定支護的強度、密度進行計算，來確定采面支護的排、間柱，再按直接頂破碎與否，確定頂梁類型，背頂要求。
??????? 2.1 礦壓顯現參數
??????? 根據礦井多年對采煤工作面頂板壓力觀測,礦壓顯現規律如下：
??????? ⑴、工作面的初次垮落步距為11～20m左右，垮落前支柱最大工作阻力為161.7KN，活柱最大壓縮量13mm。
??????? ⑵、初次來壓步距為18～22m，頂板下沉量為100～200mm，147mm/h，支柱工作阻力為123.2KN。
??????? ⑶、周期來壓步距為10～15m，頂板下沉量為60～100mm，55mm/h，支柱工作阻力為120.5KN。
??????? ⑷、超前壓力影響范圍12～20m，最強烈為8～12m。
??????? 2.2 支護設計
??????? 2.2.1頂板壓力的確定：其計算公式為
???????????????? P = k1.r.H×9.8×102???????? （ N/ m2 ）
??????? K1?? 頂板壓力系數，一般為K=4～8? 取4
??????? r??? 巖石容重??? 2.5t/m3。
????????????????? H??? 工作面采高?? 1.8 米；?????
??????? 2.2.2每根支柱支護面積的確定：
??????? ?? S=F平/（k2.P）
??????? ?? S- 每根支柱支護面積（m2 ）
??????????? F平（平均工作阻力）=294（額定工作阻力）×0.8=235.2 KN
?????????????? K 2? 安全系數，一般為1.05～1.10? 取K=1.05
?????????????? P - 單位面積頂板壓力（ N/ m2? ）
??????? 2.2.3支柱排距、柱距及迎山角的確定：
??????? 根據工作面頂板巖性、控頂方式、鄰近煤層頂板活動情況及工作面π型鋼梁長度，確定排距1.0 m，驗算柱距：
?????????????? ａ =? S/（k3.b）
???????????????? a - 柱距
??????????????? S- 每根支柱支護面積（m2 ）
??????????????? b - 1.0 m（排距）
??????????????? k3--? 柱距安全系數（一般為1.4～1.6）， 取? 1.4
??????? 由公式： P=k1·r·H×9.8×103????????? S=F平/（k2.P）
??????? ａ =? S/（k3×b）可推得?
??????? a = F平 / K1×K2×k3×H×r×b×9.8×103????
???????? a = 235.2/4×1.05×1.4×1.8×2.5×1.0×9.8×103=0.91 ｍ???
??????? 式中：
??????? F平（平均工作阻力）=294（額定工作阻力）×0.8=235.2 KN
????????? H?? 工作面采高 1.8米；???? K1?? 頂板壓力系數，取K=4。
????????? r?? 巖石容重2.5噸/m3。???? K 2? 安全系數，取K=1.05。
????????? k3--? 柱距安全系數 1.4。?? b - 1.0 m（排距）?
??????? a - 柱距
??????? 根據頂板管理有關規定及采面頂板壓力顯現規律，工作面支柱的柱距取0.8m。支柱迎山角沿傾斜方向向上迎2～3，沿走向方向往老塘迎1～2。架設時支柱必須成排、成行、成直線，其偏差不超過±100毫米。
??????? 3. 工作面頂板支護要求
??????? 3.1工作面支護.根據工作面采高，頂底板巖性及頂板下沉量,選用外注式系列單體液壓支柱配л型梁支護,一梁三柱走向棚,二根一組，組間距0.8m，交替邁步前移，梁長2.4ｍ，梁間隔0.2m。梁端至煤壁不得大于300㎜；初撐力不小于90KN（11.47ＭＰａ），(工作面底板松軟時必須下好底梁和穿好鐵鞋并隨工作面推進而循環使用，回采工作面放炮前后要實行二次注液)；煤層底板較堅硬時,單體液壓支柱腳眼必須找毛,確保護效果.支護頂板正常情況下，每架棚背頂4組（兩根一組）1.2米長的雜棒；頂板破碎時，每架棚背頂1.2米長木板皮4塊。
??????? 3.2? 特殊支護
??????? ⑴、密柱：采用單排密集支柱切頂，每空兩根密柱，支柱應打緊、打牢、打對山，嚴禁打在浮煤、矸上，并保證有足夠的初撐力。
??????? ⑵、叢柱：初次放頂或正常放頂時，放頂局部懸頂或冒落高度不充分[﹥（2×5）m2]，必須架設叢柱，每5m一組，每組三根支柱呈“品”字型架設，且必須打緊、打牢、打對山。
??????? ⑶、靠幫支柱：斷層處、破碎帶及工作面壓力大，造成煤壁片幫，炮道超過規定的地段及采高大于1.6米處都必須打好靠幫臨時支柱，其間距為0.8米，煤壁用木板皮卡緊，頂板用4組雜棒和木板皮接實。
??????? ⑷、戧柱：對于回采工作面大面積未來頂及俯斜開采地段則架設戧柱，其支護方式為液壓支柱配圓木，靠近切頂線架設，沿傾斜方向一梁三柱，支柱間距0.8米。
??????? 3.3? 運輸巷、回風巷及端頭頂板控制
???????? 3.3.1 采面上、下端頭支護：工作面刮板運輸機頭尾處使用“四對八梁”支護一梁三柱，交替邁步前移，固定專人負責，超前回采工作面一排，傾斜長度不低于4.0米。梁長為2.6m的Л型鋼梁，每組兩根，間隔0.2m，其中一根邁步1.0m，每組間距0.8m。上、下端頭第一根支柱分別距風巷下幫、機巷上幫的距離不大于0.5m?；夭晒ぷ髅婀伟暹\輸機頭尾的固定支柱和壓柱要打緊、打牢、打對山。刮板運輸機頭尾固定支柱分別為4根和2根，支柱與頂底板垂直架設。機、風巷分別架設一組л型梁，并交替邁步前進。
??????? 3.3.2上、下安全出口支護：機、風巷用л梁抬棚后，巷道20米內，凈高不低于1.6m。機、風巷人行道寬度不少于0.7m、柱距0.8m。上、下安全出口距煤壁10m抬雙棚，10～20m內靠煤壁幫抬單棚。20米以外,巷道凈高不低于1.8米。
??????? 3.3.3備用支護材料：在工作面風巷中，常備有2.0m3以上的材料：園木（直徑不小于160mm，L=2000～2600mm）、板皮（長×寬×厚=1200×200×20mm）、雜木棒（長1200㎜）、擋矸簾（長×寬=1200×600mm）；同時，應留有DZ-22及DZ-25型備用支柱及л梁，其數量不少于工作面在用支柱的5～10%，支柱必須正放，嚴禁倒立；回采工作面支柱編號管理，所有備用支護材料距工作面不超過50m，并碼放好，掛好標識牌。
??????? 3.3.4 支護操作順序和要求：
??????? ①、 π型鋼梁支護時，每組不少于2人，爆破后要求及時移梁，背好頂，一梁二柱，防止冒頂事故，與此同時及時支護好切頂線帶帽頂柱，及時打好靠幫柱，只有將工作面的煤攉盡，移溜完畢，都形成一梁三柱后，方可開始切頂線放頂。
??????? ②、 向前移梁時，必須使π型鋼梁沿煤層走向保持平行，必須按照由下而上順序進行，并保證移梁寬度一致，嚴禁亂移。人員嚴禁站在采空區側柱間操作。為防止π型鋼梁旋扭，支柱與鋼梁必須面接觸，四爪卡牢。
??????? ③、 豎立支柱前，要按作業規程規定確定柱位，清掃柱位浮煤，刨柱窩、麻面、下好底梁。
??????? ④、支柱時，人員要站在該支柱地點上方操作。架設單體液壓支柱時：1人扶柱，將手柄體和注液閥調整到規定位置。1人用注液槍清洗注液閥嘴，然后將注液槍卡套卡緊注液閥，開動手柄均勻升柱，使柱爪卡緊梁牙或柱帽，并供液使支柱達到規定初撐力為止。
??????? ⑤、升柱后要及時拴好聯鎖繩。
??????? ⑥、單體液壓支柱架設工作結束后，必須對初撐力達不到要求的支柱，進行二次注液。
??????? ⑦、 單體液壓支柱三用閥嚴禁架設成反方向
??????? 4. 頂板控制與安全
??????? 正確而完整的標準，應該是所設計的采面支護能夠對付可能發生的各種類型的事故（漏頂、冒頂、推垮）。從力學原因分析，采面冒頂事故可以歸納漏頂、壓垮、推到三種基本冒頂類型。
?????????? 4.1? 采面頂板漏頂型冒頂事故分析
??????? 當直接頂下沉過大、頂板破碎，而采面沒有采取有效的針對頂板破碎地段，有效特殊支護或支柱失效就會出現漏冒型冒頂。通常都是按直接頂的類別確定對其防護措施。例如，對于完整的直接頂（我礦四煤層頂板）采用帶帽點，對于中等穩定的直接頂（我礦二煤層頂板）采用帶頂梁的支柱，對于破翠的直接頂（我礦三煤層頂板）不僅要使用Л型梁配支柱，而且Л型梁上面還要背竹笆、木板皮密背。
?????????? 炮道無支護空間是防漏重點。當直接頂很破碎或直接頂中存在游離巖塊時，應盡量減少頂梁與煤壁之間的距離。為了防止工作面冒頂事故的發生，Л梁上面要及時用廢舊的材料墊平，或者用編織袋裝煤矸充填好，防止頂板空頂、和Л梁不實，造成不必要的冒頂。
??????? ?工作面上下兩端頭是防漏的另一個重點。嚴格執行規定的“四對八梁”交替邁步前進的措施。對于機巷煤在棚頂上及風巷在底板的情況下，分別采取超前支護，風巷假風巷等技術措施，完全能夠防止溜頭、溜尾處的局部冒頂。
???????? 此外，對采面中出現的地質構造破碎地帶，應及時補充安全技術措施重點防范，以預防冒頂事故發生。同時對于軟底板工作面，要及時下好底梁，確保采面不臺階下沉。
?????????? 4.2 采面壓垮型冒頂事故分析
??????? 在老塘斷裂下沉的時候，或者是老塘頂斷裂線進入采面空間時，因支柱的支護強度不夠，或者支護質量有問題時而導致工作發生壓垮型冒頂。
??????? 目前，礦井采面都是使用單體液壓支柱其可縮量可達800豪米，能夠適應老頂結構下沉，而且單體支柱工作面的支護密度已達1.5-2倍左右，老塘切頂線全部采用密集支柱切頂，完全能夠支撐直接頂的壓力，因此，目前所使用的單體支柱，一般支護質量沒有問題、和支護強度到位是可以控制壓垮型冒頂。
??????? 4.3 采面推垮型冒頂事故分析
??????? 當直接頂中存在大塊游離巖塊時，就可能發生推垮冒頂。預防直接頂中大塊游離巖塊旋轉推垮工作面的措施是：觀測頂板中的斷層，裂隙、煤層分叉等情況，判斷大塊游離巖塊的存在，估計回柱時該大塊游離巖石是否失穩旋轉而下：如果不會失穩則可正常回柱；如果可能失穩則不能回柱，擴大控頂距，待大塊巖塊完全進入老塘再回柱。
??????? 對于壓、漏、推三種冒頂事故，必須用好采面支柱的支、護、穩三種性能。支是指支柱的支撐力與可縮性，其是對付頂板來壓的，護是指支柱防護破碎直接頂的性能，通常是通過頂梁與背頂材料來實現，可見其是對付漏的；穩是指支柱抗衡沿層面向推力或拉力的性能。當采面應用液壓支柱及絞接頂梁（Л型梁）時，可通過用支柱間或頂梁的聯接與采面單體支柱聯成一個整體（并增加連鎖繩）等方法形成穩定性.
?????????? 5. 結論與建議
??????? 使用單體液壓支柱合理設計支護，就是要針對具體的煤層及其頂底板條件來確定，目的是促進頂板在一定時期內保持穩定，在支護強度內承受可能發生的壓、漏、推現象。應當指出，不同采面發生壓、漏、推冒頂的可能性各不相同，一個采面的不同地點，發生壓、漏、推的危險也不一樣，因此，合理設計支護時，必須因地制宜。建議單體液壓支柱支護頂板重點主要從以下二方面落實。
??????? 5.1 規范支護設計：支護設計應根據礦井煤層頂底板結構、壓力顯現規律、支柱性能等技術參數合理確定支護密度（支柱排距與柱距）。然后，加強現場質量管理，確保支護效果。
????????? 5.2支護標準與頂板控制：
????????? ⑴、工作面控頂范圍內，工作面頂板不出現臺階下沉。頂底板移近量采高≦100mm/m。π梁端至煤壁頂板冒落高度不大于200mm。新設支柱初撐力≧90kN。
??????? ⑵、底板松軟時，支柱要穿柱鞋，鉆底＜100mm。
??????? ⑶、工作面支柱要打成直線，其偏差不超過±100mm。柱距偏差不大于±100mm，排距偏差不超過±100mm。
??????? ⑷、工作面上下機頭處使用好四對八梁，支柱初撐力≧90kN
??????? ⑸、工作面上、下出口及兩巷，超前支護必須用液壓支柱和長鋼梁，距煤壁10m范圍內打雙排柱，10～20m范圍內打單排柱。高度不低于1.6m，有0.7m寬人行道、柱距0.8m。
??????? ⑹、控頂距不超規定，采空區冒落高度普遍不小于1.5倍采高，局部懸頂（＜10m2）和冒落高度不充分用叢柱加強支護，超過的要強制放頂。
??????? ⑺、切頂線支柱數量齊全，無空載支柱和失效支柱，擋矸有效。特殊支護（戧柱、戧棚）符合要求。
??????? 5.3? 預防冒頂事故建議
??????? ⑴、加強工作面工程規格質量，嚴格按采煤工作面質量標準化要求架棚。支柱必須成排、成行，迎山有力，初撐力不少于90KN。
??????? ⑵、支柱架設必須根據煤層頂底板坡度而定，嚴禁架在浮煤、浮矸上，嚴禁鞋上穿鞋，帽上帶帽，嚴禁架設光頭支柱，底板松軟時，要穿鞋支護。
??????? ⑶、合理布置好炮眼，按規定裝藥，防止放炮時崩倒支柱，對于放炮打倒、崩走樣的支柱（或者漏液倒的支柱），必須及時扶好，補齊更換。
??????? ⑷、如果工作面出現抽槽、漏頂，首先對其周圍支護進行加固，然后用木子抬好一梁三柱的走向棚，棚距為0.8m，并用板皮和擋矸簾背接好頂板。
??????? ⑸、認真做好回柱放頂工作，嚴禁超挖采煤，抓好工作面的正規循環作業，控制頂板壓力。
??????? ⑹、加強工作面上、下安全出口和上、下巷道的修理和維護，保持上、下巷道的支護完整和暢通。需要改棚時，必須堅持先支后改的原則。
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??????????? 參考資料：
??????? 1、《回采工作面設計規范》。
??????? 2、《煤礦安全規程》、《采煤工種技術操作規程》，
??????? 3、礦井礦壓顯現觀測資料。
??????? 4、《單體液壓支拄使用方法》
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