兗礦集團公司頂板管理經驗做法

依靠科技，強化管理促進頂板管理工作健康發(fā)展兗礦集團有限公司2014年7月

一、綜放技術的創(chuàng)新發(fā)展，促進了回采支護裝備與技術不斷升級

二、薄煤層開采技術取得突破，實現了安全高效開采

三、煤巷錨桿支護技術廣泛應用，提高了巷道支護技術水平

四、嚴格頂板管理制度落實，保持了安全生產持續(xù)穩(wěn)定一、公司概況

●兗礦集團包括本部、陜蒙、貴州、澳洲四大煤炭生產基地和新疆、加拿大兩大新區(qū)。其中，本部包括兗州礦區(qū)八對礦井和巨野礦區(qū)趙樓煤礦共九對生產礦井。

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2013年，煤炭產量8000余萬噸，其中，本部礦井近4000余萬噸。一、公司概況

●兗礦集團包括本部、陜蒙、貴州、澳洲四大煤炭生產基地和新疆、加拿大兩大新區(qū)。其中，本部包括兗州礦區(qū)八對礦井和巨野礦區(qū)趙樓煤礦共九對生產礦井。

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2013年，煤炭產量8000余萬噸，其中，本部礦井近4000余萬噸。兗礦主要礦井南屯煤礦北宿煤礦唐村煤礦濟二煤礦濟三煤礦北京上海日照港濟寧濟南唐口勘探區(qū)何崗煤礦代莊煤礦0京滬鐵路兗州、濟寧煤田分布圖興隆莊煤礦許廠煤礦兗礦集團本部曲阜市兗州市兗石鐵路鄒縣電廠兗礦集團各煤礦其它煤礦湖泊鐵路公路河流濟寧市東灘煤礦鮑店煤礦楊村煤礦鄒城市微山湖兗菏鐵路兗州礦區(qū)礦井分布

●主采煤層山西組3(3上、3下)層煤厚度8～10m(5.2m、3.2m），采用綜采（放）工藝生產；太原組16上、17層煤，厚度0.70～1.19m和0.70～1.25m，采用綜采或炮采工藝生產。礦井開采深度一般500～700m，部分達到800m，個別超過900m。二、頂板管理經驗與做法

近年來，兗礦集團堅持“管理、裝備、培訓并重”原則，緊緊依靠科技進步，積極創(chuàng)新，強化管理，礦井安全生產狀況持續(xù)穩(wěn)定，尤其是頂板事故大幅度減少，保持了較長的安全周期。

經驗與做法是：二、頂板管理經驗與做法

（一）綜放技術的創(chuàng)新發(fā)展，促進了回采支護裝備與技術水平不斷升級

自九十年代初采用綜放工藝以來，經過“九五”到“十二五”持續(xù)攻關，逐步形成了具有自主知識產權及兗礦特色的綜放開采核心技術，總體技術及配套的綜放支護裝備達到了國內外領先水平。二、頂板管理經驗與做法

支護裝備特點：

液壓支架高工作阻力：5200KN→6200KN→6800KN→7200KN→8500KN→10000KN→12000KN

順槽超前支護：單體支柱→液壓支架

以ZFS6200-18/35型高工作阻力的“九五”攻關專用型放頂煤支架及配套設備作為礦區(qū)主體設備配套模式，對礦井安全高效生產發(fā)揮了重大作用。

綜放“九五”攻關支護裝備“十五”期間，在興隆莊礦配置了ZFS6800/18/35型支撐掩護式放頂煤支架、ZFS7000/19/32型排頭支架，攻克了液壓支架電液控制等關鍵技術。

綜放“十五”攻關支護裝備年產600萬t綜放工作面配套設備

綜放工作面自動化控制系統(tǒng)示意圖600萬噸/年綜放工作面

試驗完成“年產600萬噸自動化綜放工作面高可靠性裝備及系統(tǒng)”項目，研制了ZFY8500/21/40D兩柱掩護式放頂煤基本支架，ZFG10800/22/38D四柱支撐掩護式放頂煤過渡支架。綜放“十一五”攻關支護裝備綜放“十一五”攻關支護裝備

應用了ZFS7200/20/40型大采高兩柱掩護式放頂煤液壓支架，該支架是世界首套放頂煤液壓支架電液控制系統(tǒng)和基于神經網絡的綜放工作面自動化控制系統(tǒng)及自動化放頂煤工藝成套裝備。

綜放“十二五”攻關支護裝備

隨著礦井開采深度的不斷增加，高地壓支護問題比較突出。因此，研制應用了高支護阻力的重型裝備，先后在趙樓礦、東灘礦、興隆莊礦等配置了工作阻力10000kN到12000kN的液壓支架，支架中心距達到1.75m，進一步提升了支護裝備水平。

重型支護裝備配套情況一覽表礦井基本支架型號排頭支架型號趙樓礦ZF10000/18.5/35型ZFG12000-22/38型ZF12000／18.5／35型ZFG12000／22／38型興隆莊礦ZF10000/2.3/4.5型ZTF12000/2.5/4.5型東灘礦ZF12000/22/42型ZF12000/22/38型端頭及順槽超前液壓支架支護

研制應用工作面端頭及順槽超前液壓支架支護技術，取消了工作面端頭及超前順槽的單體支柱支護，提高了支護強度，降低了職工勞動強度。目前，已在公司全面推廣應用。研制應用工作面長距離供電供液技術，不僅在運輸安全、降低環(huán)境溫度及勞動強度等方面效果明顯，而且改善了高地壓、有沖擊危險的工作面順槽的超前支護狀況、降低了沖擊危險對人員的危害程度。

順槽端頭及超前支護支架在井下的應用

與單體支柱支護相比，巷道頂底板變形減小360mm，兩幫減小310mm。沿空側順槽端頭及超前支護支架在井下的應用

二、頂板管理經驗與做法

（二）薄煤層開采技術取得突破，實現了安全高效開采

兗州礦區(qū)16上、17層煤均含有硬夾矸，巖性為炭質砂巖和硫化鐵結核,厚度0.02～0.44m，硬度f=8～11，煤層傾角2～10°，賦存較為穩(wěn)定。煤層厚度/m硬度/f頂板巖性底板巖性層間距/m平均厚/m巖性厚度/m巖性厚度/m16上0.64～2.101.061.25～2.5十下灰?guī)r4.8～5.85.1鋁質泥巖1.2610170.60～1.590.991.64十一灰?guī)r，局部相變砂質頁巖0.8～2.01.2鋁質泥巖1.21

從80年代到本世紀初，兗礦一直在探索實施16下、17層煤回采工藝改革，但機械化開采問題始終沒有很好解決，主要是未攻克硬夾矸機械化落煤難題，同時也制約了薄煤層支護水平的提高。硫化鐵結核

炭質砂巖硬夾矸

小塊硬夾矸分布狀況

二、頂板管理經驗與做法

在未攻克機械化落煤難題前，薄煤層工作面支護改革與創(chuàng)新工作一直沒有停止。從80年代末用單體液壓支柱替換摩擦支柱，90年代墩柱配合單體液壓支柱支護，本世紀初先后研制應用了切頂墩柱、切頂支架配合單體液壓支柱支護，到2005年實現了液壓支架支護，薄煤層炮采工作面支護系統(tǒng)基本達到了機械化水平。

薄煤層工作面支護改革發(fā)展情況

切頂墩柱配合單體液壓支柱支護

單體液壓支柱支護

切頂墩柱老塘冒落區(qū)

薄煤層工作面支護改革發(fā)展情況

工作面內配合單體液壓支柱支護的兩柱式液壓切頂小支架順槽端頭兩柱式液壓切頂支架

薄煤層工作面支護改革發(fā)展情況

薄煤層炮采工作面從使用液壓支架支護后，除爆破落煤外，實現了擋鏟裝一體化、支護液壓支架化的機械化工藝。

薄煤層炮采工作面支撐掩護式液壓支架架前活動擋煤板

二、頂板管理經驗與做法

為徹底解決含硫化鐵薄煤層開采工藝改革的難題，于2007年底成立了課題組聯合攻關。經過一年多的努力，研制了Y2600/6.5/16型薄煤層兩柱掩護式液壓支架，以及ZT5600/16/26順槽超前支護液壓支架。2009年在楊村煤礦試驗成功，2010年薄煤層綜采工作面年產達到60萬噸水平，標志著煤層含硬夾矸難題已經攻克，最終實現了薄煤層工作面綜合機械化開采。

薄煤層綜采工作面支護情況

順槽超前支護液壓支架工作面兩柱掩護式液壓支架

機械化開采改變了薄煤層工作面勞動強度大、機械化程度低、安全系數低、生產效率低“一大三低”窘況，在兗礦集團進行了推廣應用。二、頂板管理經驗與做法

（三）煤巷錨桿支護技術日漸成熟，保持了較長安全周期

自九十年代初期開始研究推廣煤巷錨桿支護技術，按照“先易后難、積極穩(wěn)妥”的原則，應用范圍不斷擴大。目前，公司煤巷錨桿支護年進尺近20萬米，錨桿支護比例近100%，煤巷錨桿支護巷道實現連續(xù)安全生產13周年。

二、頂板管理經驗與做法

1、開發(fā)應用了MG500高強度錨桿、鋼帶等系列支護材料，形成了較為完善的錨桿支護體系

左旋熱軋錨桿鋼抗拉強度≥640MPa，延伸率≥

20％；左旋精軋全螺紋錨桿，桿體抗拉強度≥700MPa，延伸率≥20％，桿體無需加工螺紋真正實現了等強度,緊固螺母不受桿體螺紋長度限制。鋼帶母材抗拉強度≥490MPa，破斷力500～700KN;￠18～22mm錨索最大負荷大于500KN。

二、頂板管理經驗與做法

頂板支護采用全長錨固，設計錨固力不小于150kN，桿體應選用Ф22、KMG500及以上錨桿鋼；幫錨桿設計錨固力不小于100kN，桿體應選用Ф20、KMG400及以上錨桿鋼；煤巷錨桿支護的補強加固措施優(yōu)先采用錨索，錨索設計長度應確保錨固到穩(wěn)定巖層中的長度不小于1.0m；沿空掘進巷道頂板必須采用錨桿、錨索聯合支護等。

二、頂板管理經驗與做法

煤巷錨桿支護設計要針對現場條件，不可千篇一律。特殊地點應采取加強支護措施，且支護范圍應延伸到巷道正常段5m以上。

特殊地點一般包括：斷層及圍巖破碎帶、應力集中區(qū)、頂板淋水區(qū)、裂隙發(fā)育區(qū)、巷道穿層地點、交岔點、綜放（綜采）工作面切眼以及硐室等。

二、頂板管理經驗與做法

2、深部大斷面順槽支護技術取得突破

為適應厚煤層大采深、沿空開采、綜放工作面運輸機交叉?zhèn)刃恫贾谩㈨槻鄢爸Ъ艿仁褂脳l件和要求，研究探索了大斷面煤巷錨桿支護技術，巷道斷面由14平方米增加至20平方米以上，巷道最大寬度達到5.2m以上，高度到3.7m以上。通過采用大直徑、高強度、高延伸率、高預緊力錨桿、錨索，錨桿錨索讓壓、頂板離層動態(tài)監(jiān)測等技術，實現了安全掘進和高效回采。深部大斷面實體煤順槽錨桿支護示意圖

深部大斷面順槽錨（索）桿支護

二、頂板管理經驗與做法

3、綜放大斷面切眼全錨桿（索）支護技術在澳洲應用成功

兗礦澳洲公司澳思達煤礦煤層埋深為450～750m，屬澳大利亞井工開采深度最深的煤礦，平均煤厚4.5～7.5m，綜放開采切眼寬度一般為8.5m左右。由于澳大利亞法律規(guī)定巷道內禁止采用單體支柱支護等要求，使綜放工作面切眼支護成為技術難題。通過認真研究，采用采用長短錨索、強力注漿錨索與高強度螺紋鋼錨桿相結合的方式，實現了安全可靠支護，成功開采了多個工作面，為綜放開采在澳洲的推廣應用創(chuàng)造了條件。

二、頂板管理經驗與做法

導峒：6×2.1m錨桿全長錨固，排距1m，隨迎頭施工；隔排隨迎頭布置2×8.0m超強錨索，排距1m使用化學藥卷端錨安裝，60噸/條;在連采機后注漿全長錨固迎頭安裝的超強錨索，同時補打一排8m長60噸超強錨索進行二次加強支護。

擴寬:

4×2.1m錨桿全長錨固，排距1.0m；2×8m超強注漿錨索，排距2m隨迎頭安裝;在連采機后注漿全長錨固迎頭安裝的超強錨索，同時再隔排補打2顆8m長60噸超強錨索進行二次加強支護。

二、頂板管理經驗與做法

4、千米深井錨桿支護技術取得良好效果

趙樓煤礦開采深度達到1000m，煤厚5.0～6.5m，地質構造比較復雜，受沖擊地壓威脅較為嚴重，綜放開采沿空掘巷難度大。頂幫采用錨桿、錨索聯合支護，合理留設煤柱（4.0～4.5m），取得了良好效果。

千米深井沿空掘巷錨桿支護示意圖

二、頂板管理經驗與做法

（四）嚴格頂板管理制度落實，保證了安全生產持續(xù)穩(wěn)定

●制定了《煤巷錨桿支護技術規(guī)范》、《采煤工作面礦壓觀測與支護質量監(jiān)測技術規(guī)范》、《沖擊地壓防治技術規(guī)范》、《采煤工作面大面積頂板異常來壓防治技術管理規(guī)定》、《沖擊地壓防治工作“十項硬性規(guī)定”》等規(guī)范、規(guī)定等，頂板管理實現了制度化、規(guī)范化。

●錨桿支護材料必須符合《錨桿支護材料企業(yè)標準》有關規(guī)定，并由公司統(tǒng)一采購。公司對錨桿支護材料、礦壓儀器儀表每季度抽樣檢驗一次。

二、頂板管理經驗與做法

●新型支護材料試驗前須經公司審查批準后可在規(guī)定地點使用，經技術鑒定(評議)以后，方可擴大到試驗地點以外的現場使用。

●加強采掘支護質量檢查、監(jiān)測，達不到要求的嚴格處罰。如液壓支架及單體支柱的初撐力、錨桿錨固力及預緊力、特殊地點加強支護、頂板離層監(jiān)測、臨時支護質量等。

●加強綜采（放）工作面初采、末采、安裝、撤除“四個特殊時期”頂板管理。

二、頂板管理經驗與做法

●合理安排開采順序，避免形成高應力集中區(qū)。如避免形成孤島工作面、工作面切眼、停采線盡可能對齊，避免形成不規(guī)則煤柱。多煤層或厚煤層分層開采時，下層工作面切眼及停采線要內錯或重疊布置。上層煤開采不應留下給下層煤開采帶來困難的煤柱區(qū)。

●采掘工作面沖擊危險性進行分析評價，必要時組織專家進行論證。

●采用微震監(jiān)測、應力實時在線監(jiān)測、鉆屑法等進行沖擊危險監(jiān)（檢）測，采用鉆孔卸壓、爆破卸壓、強制放頂等措施進行解危處理。

二、頂板管理經驗與做法

一般情況下，優(yōu)先采用大直徑鉆孔斜壓。鉆孔直徑不得小于110mm，鉆孔間距不大于3m，超前回采工作面的距離不少于200m。推廣使用150mm的大直徑卸壓鉆孔；掘進工作面迎頭超前施工不少于三個、兩幫施工間距不大于3m的大直徑卸壓鉆孔，鉆孔