殘煤綜采工作面開采破碎頂板控制研究

張拴軍　李芳

摘 要：在開采殘煤的過程中需要克服許多技術難題，其中綜采工作面的破碎頂板是一個常見的問題。如破碎頂板無法得到有效控制，則將會對殘煤綜采工作的安全性造成不良影響。為了確保破碎頂板得到有效控制，則應注意采用多種措施，尤其需要注意改善支護方式。該文結合實踐經驗分析了殘煤綜采工作面的頂板破碎原因，包括煤層頂板地質條件不良，綜采工作面支架的初撐力不合格，工作面端面距過大、推進速度過慢及工作面支護狀態不良。同時探討了控制破碎頂板的措施，包括合理選擇支架及設置金屬網，改善移架操作方式及初撐力，優化殘煤開采技術。

關鍵詞：破碎頂板 綜采 殘煤

中圖分類號：TD327.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）01（c）-0070-01

煤礦是支撐化工工業發展的重要能源，為了緩解煤礦資源需求量日益增加與有限儲量不斷減少的矛盾，則應注意采用先進工藝提高煤礦開采效率，確保煤礦資源得到有效開采與利用[1]。有效開采殘煤是充分利用煤礦資源的必要條件，本文分析了控制殘煤綜采工作面破碎頂板的方法，旨在保證殘煤開采工作的順利進行。

1 殘煤綜采工作面頂板破碎原因

殘煤綜采工作面的頂板出現破碎現象的原因主要包括以下幾種：（1）煤層頂板地質條件不良。老頂巖層具有堅硬及厚度大的特點，但在老頂長時間懸浮于采空區的上方時，周期壓及初次來壓就會直接作用于上覆巖層，致使巖層垮落及頂板破碎。直接頂厚度一般為1～2 m，在前移開采支架時，直接頂容易出現垮落或破碎現象。偽頂的硬度低于直接頂，巖層一般為炭質頁巖，厚度為0.5 m左右，采出煤礦后可見頂板破碎現象。（2）綜采工作面支架的初撐力不合格。如初撐力達不到要求，則必然會對支護強度造成影響，在頂板壓力得不到有效轉移的情況下，便會引起頂板破碎現象。多個工作面同時供液、泵站壓力不足、供液管路過長、管路泄露及工作面竄液等均可能成為初撐力不合格的原因[2]。（3）工作面端面距過大、推進速度過慢及工作面支護狀態不良。端面距越大、推進速度越慢，則頂板發生破裂的風險也就越高。不良支護現象包括支架錯茬、頂梁歪斜等均可能引起頂板破碎。

2 殘煤綜采工作面開采破碎頂板控制分析

2.1 合理選擇支架及設置金屬網

在開采殘煤時應根據工作面頂板的地質條件狀況合理選擇支架與設置金屬網，以便在改善支護狀態的基礎上預防因地質不良而導致頂板破碎。（1）對于地層極不穩定的煤層頂板，應選擇伸縮性能良好的支架作為支護體系中的前梁，支架應具有相互配套的護幫板，支架高度應控制在1.8～2.5 m之間。在采煤機向前行進后及時前移支架，頂板剛暴露時立即將伸縮梁伸出，以便能夠減小端面距，并將端面距控制在0.6～0.8m之間。如在綜采殘煤的過程中發現煤壁折幫現象，則應確保選用的支架能夠實現超前支護。（2）綜采殘煤時通常會遇到頂梁進入時頂板不斷破碎的現象，且頂梁上方多會形成浮矸層，在移架時可加快頂板破碎。對此可在頂板鋪設大小適中的金屬網，使工作面形成超前支護體系，從而有效控制頂板破碎。如煤幫頂板中存在平行于綜采工作面的切斷線，在移架前應采用直徑為15～18 mm，長度為1.5～2.0 m的圓木進行剎頂處理，剎頂時使用串桿剎嚴圓木，圓木的兩頭分別采用單體幫柱及支架前梁進行支撐，以便增強金屬網的支撐強度，網扣間距應<0.1 m[3]。此外，可在頂板鋪設雙層金屬網，以便防止架間淌矸。

2.2 改善移架操作方式及初撐力

改善殘煤綜采工作面移架操作方式及頂板初撐力能夠有效控制頂板破碎，在對移架方式與初撐力進行改善時可以采用以下方法：（1）在移架前應伸出走架子的前梁，將護幫板打開，同時嚴格按照擦頂帶壓的方法進行移架操作。遷移支架時應堅持少降快移的原則，確保降價高度<100 mm，禁止在移架過程中出現反復升降支護支架的行為，以避免頂板松動。在移架時還應控制好側護板的收縮量，盡量避免一次收完側護板；在移架操作完成后，立即將護幫板打開，以預防出現架間流煤及頂板淌貨現象。此外，如綜采工作面的坡度為15～25 °時，應盡量使煤壁與支架相互垂直；如坡度為25～45 °，則可適當傾斜架子底座。（2）為了使頂板支架的初撐力能夠與額定的初撐力相符，則可以在綜采工作面中安裝初撐力的保證閥，確保在快速移動支架時即使將操作手把松開，也能夠繼續增大支架壓力，保證在實際初撐力值達到額定值后才中斷供液。此外，應強化管理供液管路及液壓泵站，確保管路及泵站的供壓值高于或等于額定值。如在綜采殘煤的過程中使用了電液自動控制系統，則可以增設雙壓力控制系統，以避免供液中斷，從而保證初撐力的連續性及有效控制頂板破碎。

2.3 優化殘煤開采技術

在控制破碎頂板時也可以采用優化殘煤開采技術的方法，在優化開采技術時應注意從綜采工作面入手：（1）在開采殘煤前可在下槽及上槽中設置注水鉆孔，布設鉆孔時應依據綜采工作面的實際長度，以保證水能夠浸透頂板、煤層，使煤巖浮離現象得以弱化，以通過注水膠結有效控制破碎頂板及煤層。同時要控制好工作面的推進速度，保證推進速度>2.0 m/d，支護強度應控制在300 MPa左右。（2）開采殘煤時要控制好采高，使采高為2.0～2.5 m，以提高出煤量及降低煤壁壓力。如在綜采過程中出現嚴重片幫現象，則可將套棚設置在支護支架之前，并嚴禁在片幫10 m的范圍內放貨，同時對頂板及煤壁進行有效控制，以避免片幫延伸或頂板淌貨。如綜采工作面中存在夾石，且采煤機無法繼續正常割煤，則應避免采用炮落煤工藝，在實際工作中可采用人工手掘及風鎬落煤工藝代替炮落煤。

3 結語

綜上所述，有效控制開采殘煤時出現的破碎頂板有利于減少采煤安全事故的發生率，同時還可以提高殘煤的開采效率。

參考文獻：

[1] 王穎，賈建波，李風海，等.褐煤腐植酸的抽提及其對褐煤吸水性能的影響[J].化學工程，2014，42（2）：61-64.

[2] 梁虎珍，曾凡桂，相建華，等.伊敏褐煤中微量元素的地球化學特征及其無機-有機親和性分析[J].燃料化學學報，2013，41（10）：1173-1183.

[3] 趙智軍，李漢青，謝馬龍，等.先鋒褐煤熱溶殘煤的過氧化氫氧化及產物分析[J].安徽工業大學學報（自然科學版），2013，30（4）：409-413.