大采高綜采工作面破碎頂板穩定性綜合控制措施研究

楊 肥

（神華寧夏煤業集團羊場灣煤礦綜采一隊，寧夏 靈武750411）

0 引言

隨著國民經濟的發展，今后相當長的時期內我國煤炭需求將長期保持增長態勢，而我國厚煤層儲量十分豐富，約占總儲量的 44%，其產量占煤炭總產量的 45%左右，且大部分為緩傾斜厚煤層，厚煤層開采在保障煤炭生產供應能力中占有重要地位。因此，厚煤層開采技術幾乎決定著整個煤炭行業的技術水平和經濟效益。在適宜的煤層和地質保障前提條件下，如何對資源更合理、高效開采，已成為高產高效礦井建設的根本，厚煤層一次采全高高效綜采(即綜采大采高)是實現高產高效礦井的主要途徑。

1 工作面頂板來壓控制

①初采時老頂尚未來壓，頂板受采動壓力影響較小，因此支架初撐力要控制適當，避免因初撐力過大，造成對頂梁前端頂板的破壞，同時也要避免因初撐力太低致使頂板突然下沉、離層而對工作面造成破壞。主要采取提高支架工的操作質量和采用慢降快拉帶壓移架方式控制頂板，防止頂板突然下沉以及移架時架間漏頂現象。在頂板破碎區域，減少支架的降架高度，采用帶壓移架、超前移架的方法。距離采煤機右滾筒一架及時收回護幫板，采煤機割過煤壁后，距離右滾筒兩架及時追機移架，并及時控制頂板。

②初采時要留意架前頂板局部漏矸，直接頂裂隙擴張等架前頂板及煤壁壓力顯現，及時調整支架間距，保證架間距均勻，來壓期間要及時采取措施調整層位，主要采用臥底方法增加采高，一次性留住頂煤(煤皮假頂)，保證頂板的完整性。

2 工作面煤壁片幫控制

“強幫”有利于“固頂”，只有有效地控制工作面煤壁片幫，才能防止架前(漏)冒頂事故的發生。煤壁片幫主要有兩種形式，一種是剪切滑移破壞，即煤壁片幫是由于頂板的下沉，造成煤壁受壓；另一種是失穩破壞。工作面煤壁在采空區方向具有自由面，無約束存在，變形不受限制，當采高加大后，礦壓顯現劇烈，在超前壓力作用下，煤體裂隙發育，易發生大面積片幫，大塊煤增多，嚴重制約了生產能力的正常發揮。

大高工作面系統控制中，該工作面底板強度最大，煤層與頂板次之，基本頂是超前工作面斷裂，工作面支撐壓力前移至工作面煤壁，并且由于支架的反復支撐作用，控頂距內的直接頂呈動態破裂的特征，加之直接頂松散體載荷作用，破碎的頂板在工作面采高增大的同時，受煤體強度、煤體的裂隙分布影響，煤壁片幫概率也就隨之增大。為保障工作面頂板的穩定性，防止架前漏(冒)頂事故的發生，對煤壁片幫與冒頂觀測，達到“強幫固頂”的作用。大采高支架梁端距在 550mm左右，由于煤層底板起伏不平或操作不當，輸送機上的采煤機重型化不易控制，相對于支架向前或向后偏斜是不可避免的。向前或向后相對偏斜，梁端距就會變化，若采煤機仰斜采煤，上仰 5°，采煤機的滾筒就要割支架的頂梁，若采煤機俯斜采煤，前傾5°，則空頂距就要加大，破碎頂板難以控制，易失去穩定性。因此，為了確保大采高支架梁端處頂板的穩定，不僅要求支架頂梁具有伸縮功能，割煤后及時伸出支護頂板，而且要求護幫板完全伸開時能夠伸平，及時支護片幫后的頂板，并且支架應盡可能地向前移動，使支架的頂梁對這部分頂板起到及時支護作用。

另外，還要加強護幫管理，采取有效的技術措施進行控制：

①提高工作面工程質量，確保工作面煤壁和支架都保持直線，防止壓力局部集中造成工作面局部片幫、冒頂。

②加強技術人員操作質量，及時移架控頂，支架升平升緊，保證工作面支架支護強度，提高初撐力支護質量，減少頂板回轉時對煤壁的壓力。

③根據煤壁節理發育情況，開采時及時調整偽斜開采，盡量地避開滑落面與工作面平行，防止造成大面積片幫、冒頂。割煤時，超前兩架收回護幫板，減少了片幫面積。同時，滯后采煤機右滾筒四架，及時進行移架作業，打出伸縮梁保證頂梁接頂嚴實，并將支架一級護幫板及時打出，以防片幫，二級護幫滯后采煤機左滾筒三架打出。

3 支架防倒防滑控制

①為了防止出現局部傾角過大或接頂、底板不實，造成支架失穩，開采過程中，嚴格控制了采煤機割平頂板與底板。

②開采初期，支架接頂不實或初撐力達不到要求，造成支架下滑。加強管理后，控制采高與移架后，保證了支架接頂嚴實，嚴禁超高開采，初撐力達到規定要求，防止支架了下滑或傾倒。

③為了防止破碎頂板冒（漏）頂，工作面備足剎頂材料，控制移架過程中冒頂，歪架、倒架現象。

④移架過程中，利用側護千斤頂和底調千斤頂隨時對液壓支架進行微調，使支架與輸送機保持垂直，支架中心距為 1.75±100mm，移架步距為865mm，拉線移架，使支架排列整齊成一條直線，偏差在±50mm之內。

⑤距采煤機右滾筒2~4架開始拉架，并支護頂板。在采煤機前有嚴重片幫與頂板大面積暴露，采用了超前移架支護頂板。若遇頂板破碎時，帶壓移架或鄰架操作，少降快拉，降架高度控制在不超過支架側護板2/3范圍內。

⑥在排頭支架頂梁和底座上分別加裝防倒及防滑裝置，四架排頭組成“錨固站”，使其成為全工作面支架保持橫向穩定性的基礎。最后一架端頭的頂梁上方安裝側挑梁，有效支護端頭與巷道下幫之間空頂，防止端頭倒架。

⑦為了防止支架相互擠死或出現咬架、倒架現象。工作面拉支架時，采用由上向下或由下向上依靠端頭支架拉移支架。在巷道布置上，采取回風巷和運輸巷的高度低于工作面采高的布置方式。支架由端頭、過渡到中間支架逐漸加大到工作面采高，既有利于巷道的支護，又提高了端頭端尾支架的穩定性。支架在實際回采過程中，正確使用帶壓移架和初撐力自動補償功能，支撐已經離層和已破碎的下位直接頂，能增大頂、底板摩擦阻力和頂板的反傾倒力矩，對防止大采高支架的下滑和傾倒十分有利。

4 工作面上-下端頭支護控制

工作面端頭與兩巷交叉處，由于臺階或梯形結構形成的“局部化剪切變形區域”，該區域的控制是工作面頂板失穩控制的首要任務；工作面上-下端頭超前支護段，由于上端頭受上一個工作面回采影響，圍巖變形嚴重，是頂板失穩防范的重點。工作面上-下端頭由端頭支架支護頂板。根據現場監測，在上端頭自工作面煤壁向外 50m范圍，下端頭自工作面煤壁向外20m范圍內進行超前支護。超前支柱初撐力不低于50kN。支柱支設在實底上，支柱鉆底量超過100mm時需要穿底鞋。所有超前支柱用 8#鉛絲大于 2股與頂網捆綁牢固，迎山角保持 2°～3°，且支柱支設成一條直線。

5 結束語

總之，隨著近年來采礦工作者的不懈努力，國內少數礦井對厚煤層應用大采高綜采技術，成功的開采實踐填補了綜采大采高開采的空白，使我國綜采大采高技術也有了很大發展。在此過程中，厚煤層綜采機械化水平的逐步提高，一次采全高的高可靠性綜采設備的發展，使得我國大采高在工藝、設備及效益上都步入世界前列。大采高技術成功的范例不僅解決了大采高綜采礦井高產高效的難題，同時也取得了厚煤層一次采全高綜采的礦壓顯現和巖層移動基本規律等研究成果，為進一步深入研究大采高巖層控制理論與技術奠定了基礎。

［1］郭寶華,涂敏.淺談我國大采高綜采技術[J].中國礦業,2003,12(10)：40-42.

［2］趙懷祥,陳俊成.大采高開采技術研究[J].山東煤炭科技,1998(4)：24-27.