顶煤在移架过程中.依靠反复支撑继续剪切破坏顶煤是一个非常重要的过程。但是,只有当顶煤的前述两个破坏过程已经实现的条件下,才能起到作用。支架阻抗力愈高,初撑力愈大(接近工作阻力),其作用的发挥效果愈好。
综上所述可知,顶煤能否超前煤壁破坏是判别煤层可放性的基础。只有煤壁前方出现压力显现随老顶活动而明显变化的“内应力场”,才有可能在不采取爆破等辅助性破煤措施的情况下,实现较高回收率的目标。实践证明,当顶煤超前破坏不能实现(即无“内应力场”),特别是当顶板比较坚硬,不能随顶煤放出而及时冒落的情况下,采用先开采顶分层,网下放顶煤的方案是十分有效的。采用该方案,可以通过在支架前上方打眼爆破松动后,依靠已经历过一次运动的顶板压力破碎顶煤,实现高回收率放煤的目的。
3. 2放煤工艺及支架工况的确定
在顶煤能气破碎放出,顶板条件适宜的前提下,相适应的正确的合理的放煤工艺及与之相适应的支架选型和工作状况的确定,是保证较高回收率的关键。
综采放煤工艺包括放煤程序、放煤步距、放煤时间及放煤量的控制等。合理的放煤工艺的实现,与支架型式选择、支架初撑力和工作阻力的确定,以及支架在采场的实际工作状态紧密的联系在一起。合理的放煤工艺应保证放煤过程中顶煤运动的连续性和规律性,保证直接顶板有规律的暴露(失去顶煤支承)和及时的冒落,见图6-(a),保证支架及时有规律的承压,并按要求的工作状况控制顶板的运动和顶煤的活动。根据理论研究和实践经验的分析,可以归纳出符合上述要求的工艺原则为:
①要保持要求的安全割煤和移架放煤间距,防止出现图6-(b)所示支架蹬空(上方顶煤放空),诱发端部漏顶事故。
②尽可能将放煤步距、移架步距与直接顶,特别是足够厚度的下位岩层垮落步距统一起来。应当考虑研究移架步距与一次割煤步距不同步的放顶煤支架。
③采用依次连续跟进顺序放煤,以保证尽可能的扩大已经启动的放煤口宽度和已启动的顶煤顺向流动的连续性,保证直接顶板暴露和垮落的连续性和规律性。如果单口放煤不能满足运输机运出能力的要求,可以采用分段同时工作方案。应当避免采用随意间隔开口分点放煤的工作程序。
放顶煤支架必须有足够的工作阻力和尽可能高的初撑力,保证控制顶煤和顶板运动的需要。支架的工作阻力绝对不能小于平衡垮落的直接顶作用力的需要。目前,由于不少放顶煤工作面顶煤回收不尽、采空区不均匀堆积的浮煤对顶板结构组成和支承状况的影响,实测出的支架阻抗力要比分层综采低得多。必须指出,这个结果是靠老塘丢煤换来的,不能由此得出放顶煤综采工作面支架阻抗力可以比分层综采低的结论。
由图6 - (a)可知,必须保证放顶煤支架在高承载(阻力高)和“高位态”(升架高度大.前后柱阻力和缩量相近)的状况下工作。防止出现图6- (b)所示支架上方蹬空和端部漏顶事故。实践证明。对于采用低位放煤的四立柱支撑掩护式支架,使前后柱处于基本相同的高阻力状态下工作,能保证在充分发挥顶板压力破煤作用的同时,可靠的避免支架上方顶煤在移架前片塌的危险。保持“放煤漏斗”中轴线偏向采空区是防止端部漏顶的关键。目前,某些放顶煤综采工作面以想象有利于放煤需要.人为降低后立柱高度和阻抗力的做法是不正确的。
在移架过程中保证支架前后柱能升到要求的高度并达到要求的初撑力.是保证支架按高承载和高位态状况下工作的关键。
3. 3提高放顶煤开采采区回收率的措施
提高综放采区回收率要从提高工作面顶煤放出率和减少护巷煤柱损失两个方面同时入手。对于厚度超过10m的厚煤层,特别是在直接顶板坚硬的条件下,应采用在开切眼处强放直接顶,先采顶分层网下放顶煤的方案。这样既发挥了网下综放回收率高的优势,又能避免整层放顶煤综采老顶第一次来压期间高的顶煤损失。在减少护巷煤柱损失方面的关键措施是改变开拓准备布置,实现在稳定的内应力场中掘进和维护回采巷道。
从前述“综放采场结构模型”的特点可知,同一煤层“综放”条件下,支承压力影响范围和其中的宽度,都要比分层开采条件下大得多。这一结果说明,如果采用在原始应力区开掘巷道的煤柱护巷布置,“综放”条件下的煤柱损失,将会比同一煤层分层开采大得多。相反,由于“内应力场”范围扩大.采取在稳定的内应力场中开掘和维护巷道,就有了更加可靠的条件。
4放顶煤综采安全开才的条件
在“综放”采场是否更容易发生岩层运动和矿山压力有关的冲击地压、瓦斯和煤层突出等重大事故?能否避免这些事故的发生?
可以想象,在“综放”条件下,由于顶煤的厚度大,无论是巷道还是工作面,这类事故一旦发生,其突出强度都有可能比分层开采大得多。但必须指出,不考虑具体开采条件下岩层运动和矿山压力分布的特点,不考虑巷道开掘的位置和开掘时间的区别,简单得出“开采深度大,冲击地压和瓦斯煤层突出危险大”的结论,是不正确的。同样,简单认为“综放”条件下,由于一次开采厚度增加,冲击地压和瓦斯煤层突出危险性增加,也是不正确的。不能离开“综放”条件下,矿山压力和岩层运动及相应的采场结构特点及相应的开采决策变化的可能性来谈这些问题。
4.1冲击地压事故及防治条件
研究和实践证明,在单一重力应力场条件下,当开采深度达到一定值后,只要煤层冲击倾向具备,都有发生冲击地压的危险,冲击地压发生的地点和实现的条件包括:
①在支承压力的高峰区域开掘巷道。到目前为止,无论是水采和旱采,都还没有见到在稳定的“内应力场”中开掘巷道发生冲击地压的实例;
②当坚硬的老顶岩梁裂断时发生的动压冲击和应力高峰的转移过程中,在工作面和相邻巷道中(应力高峰转移的部位)产生冲击和突煤事故。显然如果有“内应力场”作为缓冲,这类事故发生的可能性及强度都会小得多。
针对上述事故发生的条件及放顶煤综采采场结构模型中“内应力场”范围将扩大的特点,可以肯定的说,只要采用在“内应力场”开掘巷道的布署,避免发生冲击地压危险的可能性,要比同一煤层分层综采有利得多。
4.2瓦斯煤层突出事故的发生和防治条件
显然,在已经产生裂隙和破坏的内应力场,不具备储存大量的高能瓦斯的条件,只有在封闭性好,处于弹性高压状态的“外应力场”中,才有储存大量高能瓦斯的可能。因此,象避免冲击地压一样,只要实现在稳定的内应力场中开掘和维护回采巷道,就能够避免瓦斯煤层突出事故的发生。从这一点出发,可以说“综放”条件下发生瓦斯煤层突出事故的可能性也要比分层开采为小。
4. 3关于顶板事故发生和防治条件问题
综采支架是在顶煤的掩护下工作,因此,只要保证要求的支架工作阻抗能力,使支架能在“高阻力”、“高位态”的状态下工作,避免发生架上放空、架前漏顶的事故,可以肯定的说,综放条件下顶板事故发生的可能性及对生产的影响要远比分层开采小得多。
5“综放”采场高速推进的条件间题
由于“综放”工作面对地质构造和采高及煤层厚度变化的适应性比分层开采有利得多,加之发生顶板冒落事故的可能性小,因此,只要注意保证高的顶煤放出率,工作面高速推进是比较容易实现的。实践证明,当前影响“综放”工作面高速推进的关键是回采巷道的掘进和维护问题。如果采用煤柱护巷,很容易把巷道错误的布置在支承压力的高峰区,由此造成的巷道维护工作量会比分层综采成倍的增加.回采工作面推进将会遇到特大的困难。由于生产现场很少对采场支承压力分布进行实际测定,这种情况的发生是经常的.因此,在搞清现场采场支承压力分布的前提下,尽量采用在“内应力场”中开掘和维护回采巷道,是“综放”条件下保证工作面高速推进的关键。
6几点结论
①不能简单孤立的用煤层强度高低、顶板强度及开采深度大小等赋存条件作为“综放”使用条件的判据,应当把建立具体煤层条件下的实际采场结构模型作为“综放”条件研究的基础。因此,深化现场岩层运动和矿山压力分布的研究,完成在生产现场建立采场实际结构模型的实践,是当前“综放”发展的关键。
②采场前方支承压力分布出现“内应力场”结构是实现“综放”高效安全开采的客观基础。对于不出现“内应力场”结构的采场,特别是在顶板来压步距较大的情况下,应当采用先采顶分层网下综放的方案。
③采用能平衡顶煤及直接顶板作用力所必须的工作阻力的支架,保证该支架在“高阻力”、“高位态”下工作(即保证升架的高度和高的初撑力),以及采取正确的开采程序,实现在“内应力场”中掘进和维护回采巷道,是实现“综放”高效安全开采的关键。
参考文献
1宋振骐.实用矿山压力控制.中国矿业大学出版社,1988,12.
2尚海涛.潞安矿务局高产高效建设的探索与实践.煤,1994,3(5):5.
3充州鲍店矿,山东矿院矿压所.网下综采放顶煤开采技术研究报告.1994,8.
4王安民.王庄矿高产高效综采队的实践与认识.煤.1994,3(4):5.
5吴健.于海涌.回采工作面放顶煤数学模型的建立、放顶煤步距和顶煤高度确定.中国矿大学报,1989.
6张海戈.综放机理与端面稳定控制的研究.博士论文,1994.