復雜條件下大傾角工作面過破碎帶頂幫支護技術研究

摘 要：25221工作面煤層傾角35.35°～46.53°，平均傾角39.8°，在實現安全高效開采過程中出現了頂板大量冒漏、煤壁片幫嚴重等問題。文章以該工作面為現場試驗地點，研究大采高開采過程中可能存在的端面冒頂和煤壁片幫問題，制定可行性方案并取得良好效果。

關鍵詞：大采高；大傾角；端面冒漏；嚴重片幫；安全高效開采

工作面圍巖事故一直是制約煤礦安全高效開采的主要因素，尤其是在復雜地質條件下的大傾角工作面，端面頂幫穩定性控制一直是亟待解決的采礦難題。大傾角工作面嚴重的頂幫事故導致重大安全隱患并可能引發人身傷亡事故，處理事故時工人勞動強度高、工時材料消耗和經濟損失大，采面推進速度極其緩慢，致使工作面推進難以正常進行或被迫降低采高而丟失大量煤炭資源。

本文結合新疆焦煤集團二一三零煤礦25221工作面的實際地質條件，以工作面頂板冒頂、煤壁片幫控制為主要切入點，對大傾角條件下開采過程中存在的問題進行研究。

1 25221工作面概況

工作面煤層平均厚度為5.77m，直接頂為2.32米的粗砂巖，灰白色鈣質膠結，遇水易軟化。老頂為16.59米厚的中砂巖，灰白色，以石英為主，抗風化能力強層面發育。直接底為17.06米厚的粗砂巖，灰白色，以石英為主，礦質膠結。中間夾雜有煤線。煤層傾角35.35°～46.53°，平均傾角39.8°，煤層傾角自西向東逐漸增大。工作面回采范圍內無大的斷層影響，煤層連續，但在實際生產過程中個別煤層局部地段有煤層擠壓錯動現象。礦井瓦斯絕對涌出量為24.43m3/min，礦井瓦斯相對涌出量為25.14m3/t，礦井為高瓦斯突出礦井。

2 工作面存在問題及原因分析

對于煤層平均傾角39.8°的大采高工作面，要實現安全高效開采存在一定的問題，開采過程中出現了端面頂板嚴重冒漏、片幫嚴重等問題，總結其支架-圍巖系統的特點和存在的問題主要有以下幾個方面：（1）煤體強度低、節理裂隙發育、煤層傾角大，且由于液壓支架上方的頂煤沿工作面方向傾斜向下滑移的分力較大及移架和放煤過程的擾動，采面易出現嚴重的煤體片幫和頂板冒漏現象。若工作面遇見構造和處于來壓期間，頂板頻繁冒漏，進而引發支架傾倒和頂板冒漏的惡性循環。（2）煤層傾角大且傾角變化程度大，工作面受地質構造影響，頂、底板波動起伏，造成支架接頂不實，過構造帶區域還需留底煤調整，致使支架底座下陷失穩傾斜，嚴重影響開采速度及煤炭產量，制約礦井生產和發展。（3）大傾角工作面開采和操作管理難度大，生產安全隱患多，對機械設備適應性要求高。現場人員作業環境惡劣，不易有效觀察和操作設備，很難人工調整支架位態，且由于移架過程中支架短時空頂現象及采煤工藝過程中擾動，工作面甚至出現大規模的冒頂和片幫事故。

3 冒頂機理及控制措施

3.1 冒頂機理

綜采工作面發生冒頂，最普遍的情況就是該傳遞巖梁斷裂，進而引起其上部巖層出現變形失穩或滑落失穩[1]。由于支承壓力和頂板破壞的影響，煤壁上方存在兩個性質不同的破壞區，即頂煤上部的拉破壞區和端面上方的剪破壞區。上述兩破壞區的大小因煤層及開采條件的不同而存在較大差異，同時兩破壞區的范圍又具有明顯的時間效應，即隨時間的推移兩破壞區的范圍逐漸擴大。綜放面端面冒頂的實質是拉破壞區和剪破壞區的溝通，即當兩破壞區溝通時，在一定的誘發條件下必然發生端面冒頂[2]。

3.2 控制措施

3.2.1 工作面幫頂支護

3.2.2 注馬麗散加固

4 應用效果

4.1 通過研究，找出工作面開采過程中發生冒頂片幫事故的原因。分析了工作面端面煤巖體冒漏的機理。項目研究成果為煤礦大傾角工作面的冒頂片幫控制提供科學依據和實用技術手段，避免開采過程中冒頂片幫控制的盲目性并增加了工作面的安全性。

4.2 減少了工作面端面冒頂和煤壁事故，提高了工作面的安全性。工作面最大冒頂高度，最大片幫深度，比以前同類條件工作面大幅降低，冒頂和片幫事故發生的次數也明顯降低，有效地提高了工作面的安全性，優化了作業空間。

4.3 提高了工作面推進速度和生產效率。由于減少了處理事故的時間，從而增加每班的生產時間，工作面推進速度得到有效提高，員工勞動效率得到明顯增加。

5 結束語

總體來看，研究已產生顯著的經濟、社會效益及投入產出效果。項目研究成果對2130煤礦相似條件的工作面端面頂煤控制和煤壁穩定性控制起到示范性作用，對大傾角以及頂板破碎等復雜條件下的工作面冒頂與支架控制難題具有重要的指導意義、參考價值和良好的推廣應用前景，有利于降低工作面綜合成本和礦井保安全促生產，對于推動我國大傾角綜放面安全有效開采發揮積極的作用。

參考文獻

[1]錢鳴高，石平五.礦山壓力與巖層控制[M].中國礦業大學出版社，2003（11）.

[2]劉長友，萬志軍，曹勝根.直接頂巖層力學特性對綜放采場煤巖破壞的影響規律[J].采礦與安全工程學報，2002，19（1）.