淺析端面頂板冒落的預防

　　使用液壓支架支護的采煤工作面，端面頂板的控制尤為重要。隨著采深的逐步加大，深部地壓及復合頂板的影響，使端面頂板破壞嚴重。綜采工作面由于該類問題得不到有效的控制造成停產的很多。影響端面頂板發生冒落的基本原因如下。
　　
　　一、端面距的影響
　　
　　1、要合理確定端面距。綜合機械化采煤工作面支撐頂板時多數使用支撐掩護式液壓支架，工作面的頂板及采空區基本處于半封閉狀態，只有支架前端到煤壁段的頂板沒有得到支護。端面距指的是支架前梁端到工作面煤壁的這段距離。
　　2、在質量標準化中明確規定端面距小于等于340毫米。為解決端面距問題，在支架設計過程中，可以使支架的頂梁前部帶有伸縮的小梁。
　　
　　二、支架架型與端面破碎度的關系
　　
　　1、液壓支架梁前端沒有支護的頂板冒落性（頂板破碎度）與支護參數及頂板巖性、開采深度、鄰近層之間有密切的關系。計算方法為：F％＝d/（a+b+c）式中F為頂板破碎度；a為頂梁端至第一接頂點的距離；b為頂梁端至切割煤壁的距離；c為煤壁片幫深度；d為梁端前頂板的冒落寬度。
　　2、掩護式支架與支撐掩護式支架相比較，支撐掩護式支架具有較大優越性，表1是一組統計數據。數據說明盡可能優先選用支撐掩護式液壓支架來支護頂板，當然也要有針對性，對不同的頂板要有不同的支護方式。
　　
　　
　　三、頂梁的仰俯角
　　
　　從實際使用中一般仰俯角不得大于15度，應控制在10度以里。煤礦安全質量標準化標準中明確規定：支架頂梁與頂板平行支設，其最大仰俯角小于7度。如在操作過程中過高或過低，均會導致頂板狀況惡化。當仰角較大時，使頂梁前端對頂板失去接觸或比壓過低，直接頂將有向采空區方向的位移，這樣會使端面頂板得不到很好的維護，將容易發生冒頂。相反，當支架的頂梁俯角過大時，使支架的支護阻力不能發揮，支架接觸、支護頂板的面積就小，支護頂板的位置就發生改變、后移，實際端面頂板的面積增加，在直接頂端面頂板形成了成拱條件，懸頂面積加大，拱的垮距越大，將導致冒頂。
　　在實際操作過程中，應通過正確操作支架的升降，來保持頂梁與頂板平行接觸。根據測定，頂梁仰俯角對冒落高度的影響關系為：H＝0.18×1.13r式中：h—機道上方直接頂冒落高度；r—頂梁仰俯角。
　　
　　四、初撐力
　　
　　支架初撐力的作用是：1、維持煤層上方直接頂的重力平衡，避免直接頂離層、冒落。如果使支架的初撐力大于或等于平衡直接頂載荷所需要的力，并且可以實現擦頂移架，則移架過程中所造成的頂板下沉、波動就可以減少，直接頂的破壞程度也就減少。2、初撐力可以有效避免直接頂的離層，還能夠對頂梁、頂板、底座、底板之間的浮矸進行壓縮等，增大支架對頂板的支撐剛度，減少頂板由于回采造成的早期下沉，因此適當提高初撐力對不穩定頂板的控制十分重要。3、對工作面的實際工作阻力起主要作用。尤其是當額定工作阻力較高時更是這樣。4、基本上決定了支架—圍巖的工作狀態和從不平衡到平衡的發展過程。
　　在端面頂板的穩定性上看，要通過改善支架操作及控制系統，保證足夠的初撐力對綜采工作面頂板控制相當重要，梁端對頂板有一定的支撐力，尤其是具有向煤壁方向的水平推力，減少巖石塊的位移，頂板能得到有效控制。但也需指出，過高的初撐力將導致支架構件內應力過高，對巖層的控制作用較小。在煤礦安全質量標準化標準中明確規定：綜采乳化液泵站壓力要求大于等于30兆帕。
　　
　　五、工作面推進速度
　　
　　一般采煤工作面推進速度應不小于3米/日，這樣直接頂、基本頂的回轉、位移發生變化較小，端面基本不發生改變，得到有效控制。為加快采煤工作面的推進速度，要選用性能良好的機電設備，布置采面巷道時要合理的確定工作面長度。下面以新安煤礦六采區八層為例進行介紹。地質概況：八層煤厚在2.6～2.8米，采深在負400～負600之間，頂板為粉砂巖及互層易破碎，與八上層層間距13～26米，同時受深部地壓影響，頂板易破碎。采煤方法為：走向長臂后退式，頂板全部跨落法管理頂板。支架為ZZ—4200支撐掩護式帶伸縮梁，落煤為MG—300/700采煤機，工作面刮板輸送機為SGZ—764/630，工作面長度為180米。在正常回采過程中，采煤機雙向割煤，往返一次進兩刀煤，在采煤機割煤后，打開支架的伸縮梁支護端面頂板，平均每日推進距離在8米左右，端面沒有發生過頂板冒落。
　　
　　六、特軟頂板及地質條件復雜頂板的預防方法
　　
　　對于特軟的頂板及地質條件復雜的頂板，端面頂板較難維護，易發生冒落，也可以采用固化頂板的方法：1、固化煤體的辦法，在工作面煤壁打若干的鉆孔，裝入樹脂藥包等固化藥品，使用木錨桿旋轉固化藥品凝固，可以加固煤體，防止煤壁片幫，有效的控制頂板的失移；2、在破碎的巖體內注入馬麗散，添滿破碎巖石縫并有效的固化在一起，形成完整的一體，從而起到加固的作用。這兩種基本固化方法比較簡單但費用較高，使用的并不多。
　　端面距方面經濟效益比較：端面沒有得到有效控制時會發生頂板冒落，采煤工作面將導致減產，嚴重將會停產，直接影響煤炭采出量，綜采工作面日平均產量約為3287噸（85萬元），在處理冒頂過程中，還有一定的危險性，加之使用木料每立方米780元。這樣綜采每停產一天約經濟損失近86萬元。
　　總之，上述為控制端面頂板發生冒落的一般方法，還有其它辦法要針對不同的頂板并結合現場實際來處理，有效的控制端面距對預防頂板冒頂是起積極作用的，有利于安全生產，同時有可觀的經濟效益。
　　（作者單位：雙礦集團新安煤礦生產科）