兖矿集团公司顶板管理经验做法

依靠科技，强化管理促进顶板管理工作健康发展兖矿集团有限公司2014年7月

一、综放技术的创新发展，促进了回采支护装备与技术不断升级

二、薄煤层开采技术取得突破，实现了安全高效开采

三、煤巷锚杆支护技术广泛应用，提高了巷道支护技术水平

四、严格顶板管理制度落实，保持了安全生产持续稳定一、公司概况

●兖矿集团包括本部、陕蒙、贵州、澳洲四大煤炭生产基地和新疆、加拿大两大新区。其中，本部包括兖州矿区八对矿井和巨野矿区赵楼煤矿共九对生产矿井。

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2013年，煤炭产量8000余万吨，其中，本部矿井近4000余万吨。一、公司概况

●兖矿集团包括本部、陕蒙、贵州、澳洲四大煤炭生产基地和新疆、加拿大两大新区。其中，本部包括兖州矿区八对矿井和巨野矿区赵楼煤矿共九对生产矿井。

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2013年，煤炭产量8000余万吨，其中，本部矿井近4000余万吨。兖矿主要矿井南屯煤矿北宿煤矿唐村煤矿济二煤矿济三煤矿北京上海日照港济宁济南唐口勘探区何岗煤矿代庄煤矿0京沪铁路兖州、济宁煤田分布图兴隆庄煤矿许厂煤矿兖矿集团本部曲阜市兖州市兖石铁路邹县电厂兖矿集团各煤矿其它煤矿湖泊铁路公路河流济宁市东滩煤矿鲍店煤矿杨村煤矿邹城市微山湖兖菏铁路兖州矿区矿井分布

●主采煤层山西组3(3上、3下)层煤厚度8～10m(5.2m、3.2m），采用综采（放）工艺生产；太原组16上、17层煤，厚度0.70～1.19m和0.70～1.25m，采用综采或炮采工艺生产。矿井开采深度一般500～700m，部分达到800m，个别超过900m。二、顶板管理经验与做法

近年来，兖矿集团坚持“管理、装备、培训并重”原则，紧紧依靠科技进步，积极创新，强化管理，矿井安全生产状况持续稳定，尤其是顶板事故大幅度减少，保持了较长的安全周期。

经验与做法是：二、顶板管理经验与做法

（一）综放技术的创新发展，促进了回采支护装备与技术水平不断升级

自九十年代初采用综放工艺以来，经过“九五”到“十二五”持续攻关，逐步形成了具有自主知识产权及兖矿特色的综放开采核心技术，总体技术及配套的综放支护装备达到了国内外领先水平。二、顶板管理经验与做法

支护装备特点：

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

顺槽超前支护：单体支柱→液压支架

以ZFS6200-18/35型高工作阻力的“九五”攻关专用型放顶煤支架及配套设备作为矿区主体设备配套模式，对矿井安全高效生产发挥了重大作用。

综放“九五”攻关支护装备“十五”期间，在兴隆庄矿配置了ZFS6800/18/35型支撑掩护式放顶煤支架、ZFS7000/19/32型排头支架，攻克了液压支架电液控制等关键技术。

综放“十五”攻关支护装备年产600万t综放工作面配套设备

综放工作面自动化控制系统示意图600万吨/年综放工作面

试验完成“年产600万吨自动化综放工作面高可靠性装备及系统”项目，研制了ZFY8500/21/40D两柱掩护式放顶煤基本支架，ZFG10800/22/38D四柱支撑掩护式放顶煤过渡支架。综放“十一五”攻关支护装备综放“十一五”攻关支护装备

应用了ZFS7200/20/40型大采高两柱掩护式放顶煤液压支架，该支架是世界首套放顶煤液压支架电液控制系统和基于神经网络的综放工作面自动化控制系统及自动化放顶煤工艺成套装备。

综放“十二五”攻关支护装备

随着矿井开采深度的不断增加，高地压支护问题比较突出。因此，研制应用了高支护阻力的重型装备，先后在赵楼矿、东滩矿、兴隆庄矿等配置了工作阻力10000kN到12000kN的液压支架，支架中心距达到1.75m，进一步提升了支护装备水平。

重型支护装备配套情况一览表矿井基本支架型号排头支架型号赵楼矿ZF10000/18.5/35型ZFG12000-22/38型ZF12000／18.5／35型ZFG12000／22／38型兴隆庄矿ZF10000/2.3/4.5型ZTF12000/2.5/4.5型东滩矿ZF12000/22/42型ZF12000/22/38型端头及顺槽超前液压支架支护

研制应用工作面端头及顺槽超前液压支架支护技术，取消了工作面端头及超前顺槽的单体支柱支护，提高了支护强度，降低了职工劳动强度。目前，已在公司全面推广应用。研制应用工作面长距离供电供液技术，不仅在运输安全、降低环境温度及劳动强度等方面效果明显，而且改善了高地压、有冲击危险的工作面顺槽的超前支护状况、降低了冲击危险对人员的危害程度。

顺槽端头及超前支护支架在井下的应用

与单体支柱支护相比，巷道顶底板变形减小360mm，两帮减小310mm。沿空侧顺槽端头及超前支护支架在井下的应用

二、顶板管理经验与做法

（二）薄煤层开采技术取得突破，实现了安全高效开采

兖州矿区16上、17层煤均含有硬夹矸，岩性为炭质砂岩和硫化铁结核,厚度0.02～0.44m，硬度f=8～11，煤层倾角2～10°，赋存较为稳定。煤层厚度/m硬度/f顶板岩性底板岩性层间距/m平均厚/m岩性厚度/m岩性厚度/m16上0.64～2.101.061.25～2.5十下灰岩4.8～5.85.1铝质泥岩1.2610170.60～1.590.991.64十一灰岩，局部相变砂质页岩0.8～2.01.2铝质泥岩1.21

从80年代到本世纪初，兖矿一直在探索实施16下、17层煤回采工艺改革，但机械化开采问题始终没有很好解决，主要是未攻克硬夹矸机械化落煤难题，同时也制约了薄煤层支护水平的提高。硫化铁结核

炭质砂岩硬夹矸

小块硬夹矸分布状况

二、顶板管理经验与做法

在未攻克机械化落煤难题前，薄煤层工作面支护改革与创新工作一直没有停止。从80年代末用单体液压支柱替换摩擦支柱，90年代墩柱配合单体液压支柱支护，本世纪初先后研制应用了切顶墩柱、切顶支架配合单体液压支柱支护，到2005年实现了液压支架支护，薄煤层炮采工作面支护系统基本达到了机械化水平。

薄煤层工作面支护改革发展情况

切顶墩柱配合单体液压支柱支护

单体液压支柱支护

切顶墩柱老塘冒落区

薄煤层工作面支护改革发展情况

工作面内配合单体液压支柱支护的两柱式液压切顶小支架顺槽端头两柱式液压切顶支架

薄煤层工作面支护改革发展情况

薄煤层炮采工作面从使用液压支架支护后，除爆破落煤外，实现了挡铲装一体化、支护液压支架化的机械化工艺。

薄煤层炮采工作面支撑掩护式液压支架架前活动挡煤板

二、顶板管理经验与做法

为彻底解决含硫化铁薄煤层开采工艺改革的难题，于2007年底成立了课题组联合攻关。经过一年多的努力，研制了Y2600/6.5/16型薄煤层两柱掩护式液压支架，以及ZT5600/16/26顺槽超前支护液压支架。2009年在杨村煤矿试验成功，2010年薄煤层综采工作面年产达到60万吨水平，标志着煤层含硬夹矸难题已经攻克，最终实现了薄煤层工作面综合机械化开采。

薄煤层综采工作面支护情况

顺槽超前支护液压支架工作面两柱掩护式液压支架

机械化开采改变了薄煤层工作面劳动强度大、机械化程度低、安全系数低、生产效率低“一大三低”窘况，在兖矿集团进行了推广应用。二、顶板管理经验与做法

（三）煤巷锚杆支护技术日渐成熟，保持了较长安全周期

自九十年代初期开始研究推广煤巷锚杆支护技术，按照“先易后难、积极稳妥”的原则，应用范围不断扩大。目前，公司煤巷锚杆支护年进尺近20万米，锚杆支护比例近100%，煤巷锚杆支护巷道实现连续安全生产13周年。

二、顶板管理经验与做法

1、开发应用了MG500高强度锚杆、钢带等系列支护材料，形成了较为完善的锚杆支护体系

左旋热轧锚杆钢抗拉强度≥640MPa，延伸率≥

20％；左旋精轧全螺纹锚杆，杆体抗拉强度≥700MPa，延伸率≥20％，杆体无需加工螺纹真正实现了等强度,紧固螺母不受杆体螺纹长度限制。钢带母材抗拉强度≥490MPa，破断力500～700KN;￠18～22mm锚索最大负荷大于500KN。

二、顶板管理经验与做法

顶板支护采用全长锚固，设计锚固力不小于150kN，杆体应选用Ф22、KMG500及以上锚杆钢；帮锚杆设计锚固力不小于100kN，杆体应选用Ф20、KMG400及以上锚杆钢；煤巷锚杆支护的补强加固措施优先采用锚索，锚索设计长度应确保锚固到稳定岩层中的长度不小于1.0m；沿空掘进巷道顶板必须采用锚杆、锚索联合支护等。

二、顶板管理经验与做法

煤巷锚杆支护设计要针对现场条件，不可千篇一律。特殊地点应采取加强支护措施，且支护范围应延伸到巷道正常段5m以上。

特殊地点一般包括：断层及围岩破碎带、应力集中区、顶板淋水区、裂隙发育区、巷道穿层地点、交岔点、综放（综采）工作面切眼以及硐室等。

二、顶板管理经验与做法

2、深部大断面顺槽支护技术取得突破

为适应厚煤层大采深、沿空开采、综放工作面运输机交叉侧卸布置、顺槽超前支架等使用条件和要求，研究探索了大断面煤巷锚杆支护技术，巷道断面由14平方米增加至20平方米以上，巷道最大宽度达到5.2m以上，高度到3.7m以上。通过采用大直径、高强度、高延伸率、高预紧力锚杆、锚索，锚杆锚索让压、顶板离层动态监测等技术，实现了安全掘进和高效回采。深部大断面实体煤顺槽锚杆支护示意图

深部大断面顺槽锚（索）杆支护

二、顶板管理经验与做法

3、综放大断面切眼全锚杆（索）支护技术在澳洲应用成功

兖矿澳洲公司澳思达煤矿煤层埋深为450～750m，属澳大利亚井工开采深度最深的煤矿，平均煤厚4.5～7.5m，综放开采切眼宽度一般为8.5m左右。由于澳大利亚法律规定巷道内禁止采用单体支柱支护等要求，使综放工作面切眼支护成为技术难题。通过认真研究，采用采用长短锚索、强力注浆锚索与高强度螺纹钢锚杆相结合的方式，实现了安全可靠支护，成功开采了多个工作面，为综放开采在澳洲的推广应用创造了条件。

二、顶板管理经验与做法

导峒：6×2.1m锚杆全长锚固，排距1m，随迎头施工；隔排随迎头布置2×8.0m超强锚索，排距1m使用化学药卷端锚安装，60吨/条;在连采机后注浆全长锚固迎头安装的超强锚索，同时补打一排8m长60吨超强锚索进行二次加强支护。

扩宽:

4×2.1m锚杆全长锚固，排距1.0m；2×8m超强注浆锚索，排距2m随迎头安装;在连采机后注浆全长锚固迎头安装的超强锚索，同时再隔排补打2颗8m长60吨超强锚索进行二次加强支护。

二、顶板管理经验与做法

4、千米深井锚杆支护技术取得良好效果

赵楼煤矿开采深度达到1000m，煤厚5.0～6.5m，地质构造比较复杂，受冲击地压威胁较为严重，综放开采沿空掘巷难度大。顶帮采用锚杆、锚索联合支护，合理留设煤柱（4.0～4.5m），取得了良好效果。

千米深井沿空掘巷锚杆支护示意图

二、顶板管理经验与做法

（四）严格顶板管理制度落实，保证了安全生产持续稳定

●制定了《煤巷锚杆支护技术规范》、《采煤工作面矿压观测与支护质量监测技术规范》、《冲击地压防治技术规范》、《采煤工作面大面积顶板异常来压防治技术管理规定》、《冲击地压防治工作“十项硬性规定”》等规范、规定等，顶板管理实现了制度化、规范化。

●锚杆支护材料必须符合《锚杆支护材料企业标准》有关规定，并由公司统一采购。公司对锚杆支护材料、矿压仪器仪表每季度抽样检验一次。

二、顶板管理经验与做法

●新型支护材料试验前须经公司审查批准后可在规定地点使用，经技术鉴定(评议)以后，方可扩大到试验地点以外的现场使用。

●加强采掘支护质量检查、监测，达不到要求的严格处罚。如液压支架及单体支柱的初撑力、锚杆锚固力及预紧力、特殊地点加强支护、顶板离层监测、临时支护质量等。

●加强综采（放）工作面初采、末采、安装、撤除“四个特殊时期”顶板管理。

二、顶板管理经验与做法

●合理安排开采顺序，避免形成高应力集中区。如避免形成孤岛工作面、工作面切眼、停采线尽可能对齐，避免形成不规则煤柱。多煤层或厚煤层分层开采时，下层工作面切眼及停采线要内错或重叠布置。上层煤开采不应留下给下层煤开采带来困难的煤柱区。

●采掘工作面冲击危险性进行分析评价，必要时组织专家进行论证。

●采用微震监测、应力实时在线监测、钻屑法等进行冲击危险监（检）测，采用钻孔卸压、爆破卸压、强制放顶等措施进行解危处理。

二、顶板管理经验与做法

一般情况下，优先采用大直径钻孔斜压。钻孔直径不得小于110mm，钻孔间距不大于3m，超前回采工作面的距离不少于200m。推广使用150mm的大直径卸压钻孔；掘进工作面迎头超前施工不少于三个、两帮施工间距不大于3m的大直径卸压钻孔，钻孔