袁文杰 张金常

山东能源龙口矿业集团北皂矿，山东龙口265700

摘要 本文介绍了北皂矿三软地层条件下回采工作面端头支护型式和支护效果，工作面状态控制及出现异常情况的措施。

关键词 三软地层；端头支护；工作面状态

中图分类号TD3 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）61-0024-02

1概述

北皂井田含煤地层属下第三系全隐覆式煤田，上覆岩层为上第三系和第四系，与含煤地层呈不整合接触；煤田含煤四层，煤2、煤4、煤1与油页岩为主采煤层，煤层倾角一般5~10，煤2平均厚度4.3m，煤4平均8.12m，煤1平均厚度0.87m与下部伴生油2平均厚度3.76m混合开采，主要用于炼油；煤层顶、底板主要由泥岩、含油泥岩、砂岩、炭质页岩、含油泥岩组成，煤层的单向抗压强度5MPa~17MPa，普氏硬度系数f<1.5，顶、底板岩层抗压强度2.29MPa~8.0MPa，普氏硬度系数f=0.3-1.2，具有硬度小，遇水软化、膨胀的特点，属典型的“三软”地层。

目前矿陆地煤2、煤4开采已近结束，主要进行海域煤2和煤1油页岩的开采，受顶底板条件的影响，工作面回采过程中端头支护和工作面状态的控制一直是生产技术管理的难点，回采过程中常出现端头底鼓、两帮内收、顶板下沉巷道严重变形的情况，不能满足基本的设备运行和作业空间。

该文根据各煤层回采的特点对端头支护型式和支护效果进行分析，并对生产过程中端头支护及工作面状态的控制存在的问题提出解决方案。

2 端头支护型式研究

北皂井田全区内岩层为不稳定岩层，煤层上方直接顶与老顶之间无明显的界限，回采巷道支护的考验主要来自工作面采动压力影响，端头支护的选择包含，巷道支护、超前支护和回采工作面端头支护。

2.1 煤2回采工作面端头支护

以2416工作面为例：

1）巷道支护

两巷均沿煤2顶板送巷，材料巷采用锚网喷联合支护，运输巷采用U25型钢棚喷浆支护，回采前矿压设点观测，材料巷顶底板移近量200mm~460mm，运输巷为80mm~420mm。

2）超前支护

超前支护长度的确定是端头支护效果的直接体现，长度过短巷道支护结构破坏，长度过长造成投入过大；根据煤2回采的顶板运动规律，超前支护长度一般为工作面面长的0.6~0.8倍，运输巷超前支护长度大于材料巷，采用单体柱、Π钢、铁鞋支护，木垛刹顶。

3）端头支护

材料巷采用四对长Π钢配合单体柱跨步支护。运输巷采用 ZT7200/18/30端头支架组配合单体支柱、Π钢支护。

4）支护效果

巷道支护基本满足回采需求，但在受断层等地质构造影响段，变形较快，需进行二次返修。

超前支护在回采过程中，变形主要表现为底鼓、巷道两底角内收，单体支柱有钻底及弯折现象；补充支护为局部铺设木底梁、补打护帮锚杆。

端头支护基本满足生产需要，主要问题表现在材料巷侧工作量较大，运输巷侧常出现支架钻底现象。

2.2 煤4回采工作面端头支护

以4401工作面为例：

1）巷道支护

两巷均沿煤4底板上2m送巷，材料巷采用锚网喷联合支护，运输巷采用锚网喷套支U29型钢棚联合支护，回采前矿压设点观测，材料巷顶底板移近量60mm~240mm，运输巷为120mm~480mm。

2）超前支护

超前支护长度一般为工作面面长的0.8~1.2倍，运输巷超前支护长度大于材料巷，采用单体柱、Π钢、铁鞋支护，木垛刹顶。

3）端头支护

材料巷采用四对长Π钢配合单体柱跨步支护。运输巷采用 ZFH19200/19/30型端头支架组配合单体支柱、Π钢支护。

4）支护效果

巷道支护相对稳定，但在受断层等地质构造影响段，锚杆支护效果不明显，需套支U型钢棚加强支护。

超前支护段变形主要表现为底鼓、顶板下沉；补充支护为在超前工作面30m~40m段返铺木底梁、加大单体柱支护密度。

材料巷端头支护基本满足生产需要，运输巷侧受支护空间影响端头支架常出现立柱下缩较快、挤架咬架等问题，过程中采取在端头架前二次返修，释放压力，采用单体柱、Π钢配合锚杆简易过渡支护，推进速度相对较慢，是制约生产的主要因素。

2.3油页岩回采工作面端头支护

以1301工作面为例：

1）巷道支护

两巷均沿煤1顶板送巷，材料巷工字钢棚喷支护，运输巷采用锚喷梯形断面支护，回采前矿压设点观测，材料巷顶底板移近量20mm~110mm，运输巷为40mm~170mm。

2）超前支护

超前支护长度一般为工作面面长的0.3~0.6倍，采用单体柱、Π钢、铁鞋支护，木垛刹顶。

3）端头支护

材料巷采用自制简易端头支架配合单体柱、Π钢支护。运输巷采用ZFH19200/19/30型端头支架组配合单体支柱、Π钢支护。

4）支护效果

油页岩是一种伴生矿产，随着油页岩炼油技术的逐渐成熟，成为一种可靠的能源，龙口矿区油页岩处于含煤地层的上部，由于先期进行了煤2和煤4的开采，大部分处于反采状态，回采范围内大部分经历了两次沉降；从巷道支护效果上看，采用的相对简单的支护型式能够满足需求，这也为软岩错层开采顶、底板矿压显现与控制提供了较好的例证。

超前支护段相对稳定，主要是顶板变化，管理过程中根据巷道变化加大单体柱支护密度。

端头支护基本满足生产需要，主要问题突出表现在后排垮落不及时带来的端头周期性压力增大和防突问题，采用在切顶线封堵和补支单体支柱加强支护。

2.4 海域煤2回采工作面端头支护

以H2103工作面为例，海域施工支护问题一直是难点，既要满足回采端头支护需求，又要有效降低成本，对于巷道的支护还处于不断探索总结的过程中。

1）巷道支护

回采巷道支护主要是满足回采端头支护的需要，在海域施工中由于地质资料不清，矿山压力显现无明显规律，往往巷道支护在到达工作面回采动压影响范围以外就出现严重的变化，突出变现在钢体变形扭曲，底梁鼓起断裂，很难保证回采空间需求，实践中不断总结、实验，形成较为稳定的支护，两巷均沿煤2顶板下1m送巷，材料巷主要采取9.93m2U36封棚浇支护，辅以φ4.0m U36棚浇支护，运输巷采取11.36m2U36棚浇支护，辅以φ4.5m U36棚浇支护，回采前矿压设点观测，材料巷顶底板移近量140mm~470mm，运输巷为160mm~620mm，从矿压观测情况可知巷道收缩变形量和支护断面有一定的关系。

2）超前支护

超前支护长度一般为工作面面长的0.8~1.6倍，采用单体柱、Π钢、铁鞋支护，辅以木（工字钢）底梁，木垛刹顶。

3）端头支护

材料巷采用ZTZ10000/17/26型端头支架组（一组两架）配合单体支柱、Π钢支护；运输巷采用 ZFH19200/19/30型端头支架组（一组两架）配合单体支柱、Π钢支护

4）支护效果

巷道支护相对稳定，但到达工作面超前动压剧烈影响段前，不能满足回采空间需求，尤其是运输巷到达端头时，需进行二次返修，受空间及时间限制只能采用过渡支护，遇停面等其它影响，会导致生产被动，曾一度出现端头“压死”现象。

经反复实践，采取在超前动压剧烈影响段前进行二次返修，采用原巷支护型式，辅以单体柱、Π钢加强支护，巷道实际收缩量降低40%~60%，基本满足端头支护需要，但成本相应增加。

2.5 特殊情况下端头支护

工作面回采过程中由于煤层倾角变化及回采影响，在端头支架及工作面支架间会出现无支护的空间，俗称“架窝”，对这种情况下的支护一般采用单体支柱配合Π钢进行支护，对顶板的维护及控制上存在较大的隐患，结合现场采取以下措施。

1）在可预知的工作面长度增加的情况下，在回采工作面前方预设支架，与工作面支架对接；

2）材料巷侧采用简易的滑移支架辅以单体支柱维护顶板；

3）调整工作面状态，尽量减少运输巷侧架窝空顶范围。

3 三软地层工作面状态保持

三软地层中工作面状态保持和端头支护有直接的关系，工作面状态控制不好出现刮板输送机上下窜动、支架歪斜等情况，受支护空间的限制会直接影响端头的作业，控制工作面的状态重点是控制工作面支架、刮板输送机的窜动

3.1 工作面状态的观测方法

缓倾斜煤层中工作面刮板输送机窜动初期极缓慢，一旦出现移动，受惯性的影响很难在短时间内控制住窜动的势头，必须提前观测到刮板机的动态；采用导向观测法控制刮板机的动态，即在运输巷提前标定中线，以刮板输送机机头大轴中心线为参照点，利用激光束过程中随时监控，一般工作面在正常状态下，错距达到50mm，即开始采取措施。

3.2 正常情况下控制措施

采取调整工作面伪倾角的方法，即通过控制两巷进度的办法调整工作面倾角，调整的时间、频率依据观测确定，一般根据回采前方变化提前进行，达到平衡点时恢复正常生产。

3.3 工作面出现刮板输送机上窜、下跳，支架歪斜等的调整措施

1）利用采煤机和刮板输送机相互作用，采用单向割煤法控制窜动，机组向窜动的反方向单向割煤，另一方向跑空刀；

2）利用支架与刮板输送机相互作用，采用在支架底座上安装千斤顶用锚链刮板输送机连接，推移刮板输送机后拉紧锚链，综采放顶煤工作面的后部刮板输送机采用同样方法控制；

3）上、下窜动幅度过大影响正常生产时，只能采取延、缩刮板输送机溜槽的办法；

4）支架的控制利用相邻支架的相互作用，采用隔2~3部支架间安设底座千斤顶方法控制；

5）对两端头过渡支架与端头间架窝，原则上以控制运输巷侧架窝为主，便于在材料巷侧采取支护措施。

4 结论

三软地层中端头支护控制包含巷道支护、超前支护、端头支架和工作面状态控制，之间相互联系、相互作用，为工作面安全高效开采提供保障。

1）三软地层中回采巷道支护型式的确定，以工作回采过程中端头支护的的基本要求为基础，结合顶底板岩性及生产过程中矿压显现特点确定；受构造及老巷道等影响需有加强支护措施，同时要考虑支护成本；

2）超前支护的长度、支护型式的确定，以现场观测的矿压显现高应力区范围作为支护长度的基础，支护强度的控制要结合不同的顶底板岩性和工作面压力显现峰值确定，在现有支护型式下通过缩小支护棚距，增加单体支柱个数提高支护强度，巷道变形较剧烈是必须补充护帮锚杆及进行返修，返修的起点控制在采动压力峰值区以外较好，满足端头支护的需要；

3）端头支护以采用端头支架组为好，端头支架的参数在工作面支架设计时应结合煤层顶底板岩性确定，将支架对底板比压作为重要参考依据；

4）端头架窝的支护是较薄弱的环节，结合采场情况使用滑移支架，更有利于顶板的维护和支护强度保证；

5）导向监测法监测工作面状态，能较及时的发现工作面动态；调整伪倾角法控制工作面状态，在三软地层缓倾斜煤层中能较好的控制工作面状态。

参考文献

[1]钱鸣高，石平五.矿山压力及其控制.北京：煤炭工业出版社，2003.

[2]史元伟.综采放顶煤工作面岩层控制与工艺参数优选.徐州：中国矿业大学出版社，2006，12.