1、,晋北公司文明矿技术管理人员培训,综放工作面顶板控制设计方法,内 容 提 纲,煤层采放有效厚度垮落带高度的确定确定软硬岩层及分层厚度确定各分层岩块长度支架工作阻力的确定,煤层采放有效厚度,综放工作面有以下特点：随着放煤高度的增加，一般垮落带岩层高度和支架的载荷也随之增加，为防止压架事故或其它瓦斯等灾害事故的发生，应适当控制放煤高度；放煤高度以上的煤层也在垮落带范围内，垮落带高度应以此开始计算。为此，提出综放工作面煤层的采放有效厚度概念，将有效厚度以上的煤层作为煤顶处理，采放有效厚度作为“真正”的采煤厚度。煤层采放有效厚度概念的提出，目的是为了得到更准确的垮落带高度和支架工作阻力。,煤层采放有效
2、厚度,根据相关规定，一般放顶煤工作面的采放比r 应不超过1：3，设割煤高度为M，则煤层的采放有效厚度为4M，即采放有效厚度为割煤高度的4倍，有效厚度以上的煤层作为煤顶处理，采放有效厚度就是煤层的实际厚度。如，某工作面实际煤层厚度为M15m，割煤高度为3m，则采放有效厚度为12m，剩余的3m厚煤层看作煤顶；若煤层厚度为M10m，割煤高度为3m，则有效厚度为10m。实际上，煤层采放有效厚度概念也可推广至综采、单体工作面，其有效厚度就是煤层的实际厚度。,垮落带高度的确定,图1 垮落带高度计算图,垮落带高度的确定,其中， 为采放有效厚度的回采率， 为煤、岩综合碎胀系数。该式确定的垮落带是从采放有效厚度
3、之上的煤顶开始算起的。在确定理论垮落带高度后，从采放有效厚度煤层之上的煤顶开始，由下而上累加各分层厚度，当达到或刚超过理论垮落带高度时，这些岩层的厚度之和即为实际的垮落带高度，由于一个分层只能作为一个整体垮落，故一般实际垮落带高度应等于或稍大于理论垮落带高度。,垮落带高度的确定,图2 大同塔山煤矿某工作面的综合柱状,垮落带高度的确定,图中，实际煤厚16.02m（煤层上方有煌斑岩侵入，无法进行分层开采），割煤高度为M=3.6m，采放有效厚度为4M=14.4m，有效厚度的回采率为65， 煤、岩综合碎胀系数为1.45，故理论垮落带高度为：从1.62m的顶煤（作为煤顶）开始往上累加，即（1.62+2.
4、60+1.17+2.44+0.70+8.30+1.0+1.8）=19.6320.8，故垮落带到厚度为2.7m的第8层岩层。,确定软硬岩层及分层厚度,按照以下原则确定软硬岩层及分层厚度：（1）煤、泥岩、砂质泥岩等为软岩层；（2）1.5m以上的岩浆岩、细、中、粗砂岩为硬岩层；（3）2m以上的粉砂岩、硅化煤砂质泥岩等为硬岩层；（4）垮落带范围内，以硬岩为底、包括其上面至另一硬岩为止的所有附加软岩层的总厚度为该硬岩层（老顶岩层）的厚度。,确定软硬岩层及分层厚度,根据大同矿区塔山煤矿的钻孔资料示意图，煤层实际厚度为16.02m，割煤高度3.6m，有效厚度为14.4m，将采放有效厚度上方的顶煤作为煤顶，垮
5、落带范围到2.7m厚的那层岩层，则煤层上方垮落带范围内的分层情况依次为1.62m厚的煤顶（软），6.91m厚的直接顶岩层（软）、13.8m厚的老顶岩层（硬），其中8.30m厚岩层底部的3.20m厚细砂岩为老顶岩层的基础岩层。,确定各分层岩块长度,依据基础岩层几何物理属性确定各分层岩块长度是一个关键性技术问题，分层岩块长度由基础岩层决定，一般悬顶岩层呈倒阶梯式排列，上方岩层的长度不小于下方岩层，分层岩块长度选取是否合理直接影响计算结果的准确性，一般取实际数据，若无，则参考下列数据：基础岩层厚度为1.5m时取6m，厚度为2m时取10m，厚度为2.5m时取14m，厚度为3m时取18m，厚度为3.5m
6、时取22m（个别情况）。,确定各分层岩块长度,以图2所示的钻孔资料为例，煤顶长度即为煤梁长度（ ），其中， 为端面距， 为支架顶梁和前梁长度之和；煤层上方的6.91m厚的软岩层长度为直接顶岩块长度，由端面距、支架顶梁和前梁长度之和、支架后悬顶长度（对于 ，页岩类取1.0m，砂岩类取2.0m）三者之和确定，即。13.8m厚的老顶硬岩层中的基础岩层为3.20m，故老顶岩块长度可取20m。,支架工作阻力的确定,以塔山煤矿钻孔资料为例。垮落带内包含 1.62m厚的煤顶、h6.91m厚的直接顶软岩层和 13.8m厚的老顶硬岩层（由于只有1层老顶，故i1）。设端面距0.3m、支架顶梁和前梁长度之和5.0m
7、，支架后悬顶长度1.0m，则软岩层的悬顶长度为6.3m；如前述，老顶岩块长度取20m。,支架工作阻力的确定,最终，得支架工作阻力14078KN/架。该阻力较高，目前国内大多数支架难以满足要求。若将回采率由65降低至60，则垮落带高度变为19.2m，即垮落到第7层岩层，老顶岩层分层厚度为11.1m，重量为8325KN，总重量为9942KN，再除以调整系数0.85，得支架工作阻力11696KN/架，采用额定工作阻力为12000KN或13000KN的支架可以保证正常回采。,支架工作阻力的确定,以工作面不同推进阶段中的另一个钻孔资料为例，如图所示。该处煤层上方垮落带范围内没有硬顶，在回采率65的情况下
8、，理论垮落带高度为20.8m，实际垮落带高度为21.83m，如图(a)所示，通过计算，支架工作阻力为5039KN/架，若调整回采率为90，则理论垮落带高度为28.8m，实际垮落带高度为32.73m，如图(b)所示，支架工作阻力7705KN/架，该工作面实际使用的支架额定工作阻力为13000KN，完全可以满足要求。可见，如果垮落带中只有直接顶，则P值不大，如果垮落带中有老顶，则P值要大许多。工作面推进过程中，针对不同地质条件可以采用不同的放煤率来达到即保证不发生压架事故又尽可能提高回采率的目的。,支架工作阻力的确定,（a）回采率=65 （b）回采率=90,支架初撑力的确定,为更加保险，可以计算把
9、顶梁上方3m左右煤层顶紧上位煤层，令上、下煤层间产生的摩擦力足以防推的初撑力，以它作为支架所需的初撑力（设计的）。以上是综放工作面正常生产期间工作阻力、初撑力与支架高度的确定方法。综放面初放阶段的工作阻力、初撑力与支架高度，除计算时工作阻力公式中应以 代替 外，其余参数的确定均与综放面正常生产期间相同。,支架工作阻力的确定,就塔山矿的工作面而言，在不同推进阶段具有不同的地质条件，在放煤率一定的情况下，支架工作阻力不同，如通过对第2个钻孔资料分析，该处的放煤率可以达到90以上且不会发生压架事故，而在第1个钻孔附近，回采率最高也只能在60左右，否则会压架。综采放顶煤和综采工作面回采之前应在两帮巷道
10、顶板每隔一定距离（50m或100m）打地质钻孔以获取工作面不同推进阶段的详细地质资料，钻孔长度一般为见顶之后的23倍采放有效厚度，通过提前分析钻孔资料，在支架额定工作阻力一定的情况下，综采放顶煤工作面推进过程中可通过调整回采率、综采工作面可通过调整采高来保证工作面安全正常生产，避免压架事故的发生，这就是工作面推进过程中的动态控顶原则。,结论,塔山煤矿某工作面在回采过程中多次发生压架事故，根据我们提出的方案，通过分析具体地质钻孔资料，对该工作面的支架工作阻力进行了计算，找到了压架原因，计算结果与先前的压架事故发生地点非常吻合，现在该工作面通过调整放煤率已基本解决压架问题，提高了工作面推进速度。这个新方法的诞生，证明科研必须与生产实践相结合，才能不断创新，不断往前进。这次我们到某矿区某大型现代化矿井的科研活动，实际上达到了双赢。,谢 谢！,
