建新煤礦綜放工作面煤墻片幫冒頂原因分析及防治對策

王朝

【摘 要】 通過對建新煤礦綜放工作面頂板、煤壁現狀的現場觀測和分析，總結出綜放工作面煤壁片幫、端面頂板冒落的特點、形態和煤壁片幫冒頂的原因，提出了綜放工作面頂板控制措施，對現場應用具有非常理想的效果和使用價值。

【關鍵詞】 綜放工作面 片幫 冒頂

建新煤礦現已開采四個工作面，均位于41盤區，全部采用綜合機械化放頂煤采煤法，全部垮落法管理頂板。工作面開采煤層為4-2煤層，傾角1～3°，平均2°左右，煤層近水平；煤層平均厚度5.65～9.95m，機采高度3.2m。煤層含夾矸1～3層，結構簡單，夾矸厚度0.10～0.50m，平均0.30m。工作面傾斜長度180～200m，推進長度890～1200m。工作面在生產過程中片幫冒頂現象時有發生，通過現場實際觀測，總結分析片幫冒頂的特點、形態和原因，并提出了相應的應對措施，對現場應用具有非常理想的效果和使用價值。

1 煤壁片幫冒頂的特點及形態

1.1 倒墻式片幫

煤壁上、下部片幫深度大致相等且多發生在采煤機滾筒后10m范圍內，深度一般為200～400mm，主要是受平行于煤壁的節理，采煤機采動和支承壓力作用的影響。這種形式的片幫出現的頻度較大，在工作面周期來壓期間尤其明顯。

1.2 半煤壁片幫

一般多發生在沿厚夾矸下部與煤層的交線以下較深的片幫，深度一般300～500mm。造成半煤壁片幫的原因是復雜且多樣的，主要是由于煤體酥軟，在支承壓力的作用下，煤層與夾矸發生離層而引發的。在煤壁片幫冒頂中，半煤壁片幫發生的概率較小，一般主要出現在初采初放期間調整機采層位時。

1.3 滑坡式片幫

當發生半煤壁片幫時，煤壁上部會沿著斜面下滑，并在端面上形成較大面積的空頂，深度一般為1～2m。造成半煤壁片幫發生的原因，主要是由于傾斜的煤層、斷層、包裹體、節理以及移架時煤壁承受力的增大。在煤壁片幫冒頂中，滑坡式片幫發生的概率要比半煤壁片幫大，在正常生產期間特別是周期來壓期間較嚴重。

2 煤壁片幫冒頂的原因分析

2.1 煤壁片幫的原因分析

煤層節理、裂隙較發育，同時受到工作面推進方向近似平行的影響。在工作面推進的過程中，煤體強度隨著基本頂發生周期來壓而降低，這增大了塑性區的范圍，此時裂隙在支承壓力作用下產生的發育，會增加煤體向外的位移量，從而造成煤壁片幫的發生。

2.2 端面冒頂原因分析

一般而言，煤礦片幫冒頂是礦山壓力作用下，煤體因破碎下滑而發生的礦壓顯現現象。煤體強度會隨著裂隙的發育而降低，這將增大塑性區的范圍。在支承壓力的作用下，塑性區的煤體向外的位移量將增大，最終向外的位移量將達到極限平衡狀態，當支承壓力增加或煤體強度降低時就會發生片幫冒頂的趨勢。從這里的分析可知，煤壁片幫冒頂發生的關鍵原因是節理裂隙的發育，而煤體的塊度在很大程度上受到裂隙密度的影響。節理面處于相對平整的狀態，當兩面相對位移量較小時，凹凸不平處的相互咬合作用將增大兩節理面間的摩擦力；當兩面相對位移量較大時，凹凸不平處的相互咬合作用將不能發揮其原有作用，此時的煤體將處于不連續狀況，支護受力不再均勻，從而造成煤體片幫冒頂的發生。

（1）造成冒頂發生的內在因素，主要是煤層中的節理、層理、斷層、包裹體等地質構造發育而引發的煤體酥軟；（2）造成冒頂發生的第二個重要因素，是支架工作狀態的不佳。支架工作狀態不佳主要表現在以下方面：當放頂煤支架的使用年限較長時，支架各部件都處于嚴重老化的狀態，支架串、漏液及自落現象嚴重；支架的移架速度較慢，使得空頂時間延長；支架的頂溜力不夠；支架的初撐力達不到要求；不能夠及時使用護幫板等。（3）造成冒頂發生的第三個重要因素，是采煤工藝的落后，如返空刀裝煤延長了空頂時間。（4）造成煤壁片幫發生的一個重要因素，是長時間的停采。頂板下沉量與觀測時間成正比，這就意味著停采時間的延長，將增大頂煤的下沉量，從而增加煤壁及端面區頂煤壓縮破壞的嚴重程度。與此同時，由于節理面是相對平整的，當兩面相對位移量較小時，凹凸不平處的相互咬合作用將增大兩節理面間的摩擦力；當兩面相對位移量較大時，凹凸不平處的相互咬合作用將不能發揮其原有作用，這將造成沿節理面的大位移量，使工作面出現臺階下沉，或嚴重片幫。

3 綜放面防治片幫冒頂的措施

從前文的分析可知，造成片幫冒頂的原因多種多樣，既有內在因素，又有外在因素，因此綜放面防治片幫冒頂的措施主要包括以下幾種：（1）對工程質量進行嚴格控制。要及時清理頂梁上的浮煤，從而最大限度提高支架的有效支護面積；將采高嚴格控制在規定的范圍內，確保支架達到最佳支護效果；工作面必須采直割平。（2）對設備進行及時的檢修和維護，杜絕發生跑、冒、滴、漏液及自落現象，并且適當提高乳化液泵站壓力，使支架工作阻力達到設計要求，保證支架工作狀態良好，減少事故停采時間。（3）堅持及時使用護幫板，防止煤墻片幫。一旦出現較深片幫，及時在支架伸縮梁上垂直于工作面用半圓木（大板或道木），控制頂板，防止因空頂時間長而誘發冒頂。（4）緊隨采煤機前滾筒及時超前帶壓移架，減少空頂時間。（5）一旦發生輕微漏頂或滑坡式局部漏頂，必須及時采取有效措施接頂背實（或架設前探梁），控制好頂板，防止冒頂范圍的擴大。（6）及時調整支架狀態。防止支架受力不均，進而產生歪倒現象，失去對頂煤的控制，最終導致頂板事故。（7）采用打錨桿方法，來提高節理面之間的抗剪能力。（8）用化學凝固劑加固煤壁。如在煤壁內加注馬麗散、高水速凝材料等。用化學凝固劑充填破碎圍巖的裂隙及化學凝固劑的粘結作用，以增強支護結構的整體性和承載能力，提高固結體的強度和剛度。

參考文獻：

[1]劉思遠.綜放工作面煤壁片幫冒頂原因分析及防治措施[J].中州煤炭，2006（5）.

[2]閆少宏.大采高綜放開采煤壁片幫冒頂機理與控制途徑研究[J].煤礦開采，2008（4）.

[3]劉耀兵，董宗斌，趙愛萍.綜放工作面煤墻片幫冒頂原因分析及防治對策[J].煤，2007（1）.

[4]李濤，宋亮.預采頂分層仰采綜放工作面煤壁片幫、端面冒頂分析及對策[J].山東煤炭科技，2013（5）.endprint