復雜地質條件下頂板管理技術實踐

文/許景存

（作者系開灤能源化工股份有限公司呂家坨礦業分公司經理）

開灤礦區煤層地質賦存條件非常復雜，生產過程中對頂板的支護及管理都有相當高的技術要求，尤其是受斷層等地質條件影響，稍有不慎就會產生非常嚴重的冒頂事故。開灤集團呂家坨礦在6572工作面過斷層過程中，通過頂板控制、技術管理，預防了冒頂事故的發生，完成了6572工作面的回采工作。

一、概況

1.工作面概況

6572工作面為-950五采區第一個工作面，位于-950五采軌道石門西側，南鄰呂錢井田邊界，6572東側120米處的6571工作面正在掘進中，其下伏煤層均無其他采掘工程，工作面傾向長度182m，走向長度506.9m。7煤層為復雜結構厚煤層，本工作面范圍內七煤層局部含一層夾石，深黑色，玻璃光澤，以暗煤為主，條帶狀或層狀構造，硬度較大，煤層厚度在2.7～5.2m之間變化，煤厚由東向西逐漸增厚，平均煤厚3.7m，平均傾角 14°。7S-1～7S-2 煤層的間距變化較大，皮帶巷的間距在0.5～1.5m之間變化，間距較小時7S-2煤層的直接頂板也是7S-1煤層的直接底板，其巖性為深灰色粉砂巖，水平層理，泥質膠結，較破碎，含植物碎屑，軌道巷7S-1～7S-2煤層的間距在2.0～5.4m之間變化，其間距由東向西逐漸增大。

2.工作面頂板概況

根據6572工作面煤層頂板（地質說明書提供和掘進實際揭露），結合呂家坨礦6373、6572工作面頂板情況分析和礦壓觀測資料，可以確定為復合型頂板，容易冒落。直接頂初次垮落步距為5～9m，直接頂為Ⅱ類中等穩定頂板，老頂為Ⅱ級有周期來壓頂板，直接頂為粉砂巖，厚度為1.3m，老頂為細砂巖，厚度2.0m。

3.工作面斷層概況

6572工作面在回采期間共遇到21條斷層，其中落差在1.5m以上的斷層有8條，基本貫穿工作面的斷層有3條，在回采初期，切眼處揭露3條斷層，在回采過程中，在皮帶巷P31點位置遇到斷層組，共有三條斷層在此處交匯。

二、回采技術工藝

工作面裝備MGTY-710型雙滾筒采煤機一臺，安裝ZY8000-22/48液壓支架 124組、ZY6400-21/45液壓支架4組、ZY6400-17/35液壓支架4組支護頂板。采煤機進刀方式為端頭斜切進刀，雙向割煤，往返一次進兩刀。工作面支護采用及時支護方式，采取順序追機移架方式，并保證移架速度與割煤速度基本保持一致，勞動組織形式為“三八”工作制，兩班生產一班準備，采用走向長壁后退式綜合機械化采煤法，全部垮落法處理采空區。

三、工作面的頂板管理

1.合理的支架選型

（1）ZY8000-22/48 液 壓 支 架技術特征

①ZY8000-22/48型液壓支架為整體頂梁結構，在整體頂梁的前方配有可旋轉180°的護幫板可有效的加大護頂面積。

②ZY8000-22/48型液壓支架采用本組移架的方式進行拉移，并在升柱的過程中抬腳頂子能夠自動收回，同時在頂溜的過程中推移千斤頂有自鎖功能從而減少了繁瑣的勞動工序。

③ZY8000-22/48型液壓支架在每組支架的架箱內配有反沖洗過濾器可隨時對本組支架進行反沖洗，從而減少了因乳化液內雜物對支架管路堵塞而造成的生產事故，同時也能夠延長支架內各種液壓缸的使用壽命。

④ZY8000-22/48型液壓支架在本組支架的架箱內配有一個多通塊連接主進液、主回液和靜壓水，同時此支架使本組操作減少了支架間和支架內膠管的數量和長度，經濟效益得到了很大程度的改善。

⑤ZY8000-22/48型液壓支架推移千金頂行程為900mm，可有效的控制面溜在水平方向的彎曲度。

（2）ZY8000－22/48 型 液 壓 支架在采煤工作面的優越性

①支護強度大。ZY8000－22/48型液壓支架工作阻力可達到8000kN，所以有較大的支護強度，尤其對周期來壓顯現明顯或因采動影響壓力較大的工作面來說效果顯著。

②控頂效果好。由于ZY8000－22/48型液壓支架最小控頂距為3995mm，最大控頂距為4795mm且護幫板長度為1.1m并能夠旋轉180°打平，所以控頂面積非常大，使用起來也非常靈活。

③減輕勞動強度。由于6572工作面受地質構造的影響斷層數量比較多，受斷層影響6572工作面在初采階段頂板及其不穩定，常出現因頂板破碎需提前采用人工做超前的情況，這時護幫板就起到一定的作用。在做超前挑板的過程中，由于護幫板能夠旋轉180°，可先將板放置在護幫板上然后將護幫板伸開將板挑上之后補打點柱，這樣就減輕了以往人工抬板的勞動強度。

④安全系數高。ZY8000－22/48型液壓支架和普通支架不同之處在于此支架采用本組支架操作，各種液壓缸的管路走向都是在本組支架內，不存在因兩組錯茬時擠壞液壓缸管路的現象，這在很大程度上避免了液壓管路抽人現象，提高了安全系數。

2.技術超前謀劃，制定可行性方案

（1）頂板觀測，掌握周期來壓步距，采取有效措施控制頂板

①技術人員在工作面上下出口100m范圍建立十字測點，每天測量頂板下沉量及兩幫移進量，并進行數據統計形成曲線圖，通過數據變化范圍及曲線圖變化的平緩程度進而可以判斷出周期來壓步距。

②每天準備班盯崗人員對采面大柱壓力表進行抽查觀測，每5組支架抽測1組，然后上井后將數據填寫在統計表上，技術人員通過統計的數據可以判斷出周期來壓的步距。

③通過現場機組割煤時煤壁軟硬程度及采面大柱安全閥卸載數量也可進行周期來的初步判斷。

④通過對數據的分析結合現場實際，可以判斷出采面周期來壓步距，在周期來壓前，采取有效措施防止因壓力大造成的冒頂事故。主要措施有：

一是加強采面頂板支護管理，嚴格把關。在回采過程中采面支架必須全部達到初撐力要求，支架前梁及頂梁必須與頂板平面接觸，絕對不能出現點接觸現象，尤其是支架前梁必須挑住頂板，不能懸空，斷面距要嚴格控制在規定范圍之內，并要求盯崗人員和班長要負起責任，班末驗收過程中對頂板的支護情況格外注意，否則嚴肅考核。

二是靈活掌握回采工藝流程及機組走刀方式。機組在頂板破碎易發生冒頂地點割煤時盡量采取從下往上走底刀、從上往下走掃頂的方式，入刀位置盡量放在頂板不好、煤壁片幫上部頂板完整、煤壁較硬地點，無特殊情況時必須溜子頂直、機組全部入刀煤壁。煤壁松軟和片幫地點，首先要超前移架，及時伸前梁和護幫板，機組走底刀。

（2）提前制定有效方案，順利通過地質構造帶

6572工作面在回采到P31點位置時采面遇到斷層組，共有三條斷層在采面下角交匯，為了能夠順利通過，技術人員超前謀劃，制定了一系列有效的技術方案：

①由于三條斷層在采面下角交匯，考慮到當采面達到此處時采面下角的頂板勢必難以控制，很容易發生冒頂事故，所以在揭露之前50m，采取在斷層交匯點處提前向里做超前的方式揭露此斷層組，一方面能夠提前了解此處頂板的破碎程度及煤層層位，為下一步工作提供參考；另一方面提前對此處的頂板進行有效的支護，防止采面回采到此處時下角頂板不好控制。

②當采面距此處所做的超前2.0m時，采取在采面側做超前與此處超前做通，防止機組割煤時煤壁突然片幫發生冒頂事故。

③提前在采面鋪網，網隨著斷層往上走逐漸往上延網，網不能滯后于斷層面，必須超前斷層面8～10組支架。

④技術人員每天盯生產班，掌握好層位，尤其是斷層附近不許托頂煤回采，以免發生冒頂事故。

（3）加強日常液壓系統及支架完好的管理，為有效支護頂板提供保證

液壓系統及支架的完好程度直接影響著采面頂板的有效支護。加強液壓系統及支架的完好采取如下措施：

①無論是生產班還是準備班，杜絕“跑冒滴漏”現象的存在。

②在生產過程中發現問題當班能夠處理的必須處理，如不能處理的及時匯報區值班室，每段架子工上井后必須填寫液壓系統管理臺賬，把班中發現的未能處理的問題寫入臺賬，準備班支架檢修人員可根據臺賬做到心中有數。

③在平時要備齊各種管路及備件，不能出現物件短缺情況。

3.工作面預防冒頂預案

（1）超前提供地質依據，了解工作面地質情況

①地測科要在每個掘進工作面交安裝以前，提交給回采室一份根據切眼、兩巷等實掘巷道素描修訂的地質說明書，并負責掘進向回采移交地質情況，回采室和綜采隊要依據此說明書修改安裝需使用的設備、回采工藝。

②地測科每周至少提交1份各綜采工作面素描圖，并在每周三回采技術例會上分析各工作面地質條件。綜采工作面條件復雜、變化大時要每天去現場實測地質情況，并提供新的綜采工作面素描圖。

③地測科要在綜采工作面過老巷、石門、鉆窩（內有丟失鉆桿）、斷層等以前50米發地質預報分析。對于落差較大斷層（H≥1m），地測科要根據物探、鉆探等資料，準確掌握斷層情況，根據需要做出多個過斷層預想剖面，為確定過斷層方案提供依據。

（2）超前排查和分析頂板問題

①綜采隊進入每個工作面初采或收尾以前，由回采副總牽頭組織地測科、礦壓組、綜采隊、設備科共同分析切眼煤層賦存和頂底板條件、支護形式以及礦壓情況，形成初采或收尾方案，綜采隊要根據初采或收尾方案制定初采或收尾安全技術措施，其中初采或收尾方案對于采面、上下出口頂板管理要有明確要求，保證初采頂板及時垮落和收尾期間出口和采面安全。

②每周三由回采室牽頭組織綜采隊、地測科、設備科參加的技術例會，重點分析地質條件變化和過斷層構造、過老巷等情況，提前制定技術方案，各綜采隊要根據已確定的技術方案制定有針對性的安全技術措施，并貫徹實施。

（3）預防冒頂事故的具體措施

①煤壁松軟、片幫地點所采取的措施：

一是片幫在1m以內、長度達到2組支架及以上，但頂板較完整時，采用支架上方挑板、打液沖錨桿控制片幫等方法。

二是片幫在1m以上、長度達到2組支架及以上，但頂板較完整時，采用支架上方挑板、煤幫打幫柱、打液沖錨桿控制片幫等方法。

②斷層等地質構造地點，頂板破碎、煤層裂隙發育采取的措施：

一是如果煤壁不片幫或者片幫小于0.5m，則只采取鋪網或先鋪網后帶板、挑板的方式控制頂板。

二是如果煤壁片幫，則根據片幫的具體情況采取不同的預防措施綜合應用來控制頂板，如鋪網配合帶板、挑板、打幫柱措施；鋪網配合打液沖錨桿措施；煤體固化措施；人工做超前措施等。

三是頂板破碎，但煤壁完整，片幫不嚴重（小于500mm）時，采取鋪設金屬網假頂辦法控制頂板，必要時挑板。

四是頂板破碎、煤壁松軟、片幫嚴重，采取煤體固化、上頂鋪設金屬網方法控制頂板。

四、總結

經過不懈努力，順利完成了6572工作面的回采工作。本文通過對復雜地質條件下的工作面過斷層、頂板控制、技術管理、支架選型等進行介紹，結合生產過程中遇到的問題及解決方案，對復雜地質條件下的工作面過斷層、頂板控制、事故預防提供了參考依據。