淺談采煤工作面破碎頂板綜合控頂措施

王云露+霍五強(qiáng)+王建軍+蘇陽陽

（山西省蘭花集團(tuán)伯方煤礦 山西高平 048400）

摘 要：煤礦工作面破碎頂板綜合控頂工作是保證煤礦安全生產(chǎn)的重要內(nèi)容，破碎頂板對(duì)煤礦生產(chǎn)的安全威脅較大。本文將重點(diǎn)對(duì)工作面出現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造等問題出現(xiàn)頂板破碎時(shí)進(jìn)行綜合控頂技術(shù)進(jìn)行分析，采取合理有效的措施，保證煤礦安全。

關(guān)鍵詞：采煤工作面；破碎頂板；綜合控頂；措施

煤礦工作面破碎頂板嚴(yán)重威脅煤礦生產(chǎn)安全，是煤礦研究中的主要問題之一。本文將重點(diǎn)對(duì)一處煤礦破碎頂板問題進(jìn)行分析，對(duì)工作面綜合控頂措施進(jìn)行針對(duì)性的分析。

1 概況

該煤礦整體地形條件受到區(qū)域性地質(zhì)構(gòu)造作用影響較大，大范圍地形比較簡單，地勢(shì)起伏較小。井田構(gòu)造復(fù)雜程度屬于中等偏大，存在一定數(shù)量的小型斷層和褶皺，小撓曲發(fā)育程度高。

礦井主要采集的為3號(hào)煤層，煤厚3.78～6.10m，平均厚5.31m，結(jié)構(gòu)簡單-復(fù)雜，含夾矸0-3層，頂板巖性為厚層灰黑色的粉砂巖，底板為黑色灰色粉砂巖。采煤工作面受到地質(zhì)條件的影響明顯，目前條件下大部分工作均揭露出斷層結(jié)構(gòu)，容易出現(xiàn)冒落等問題，影響正常回采工作開展。本煤礦為高瓦斯突出礦井（無瓦斯突出情況），斷層和褶曲結(jié)構(gòu)瓦斯賦存異常，如果沒有良好的控制工作面頂板將會(huì)造成大規(guī)模的冒頂事故出現(xiàn)，影響礦井安全生產(chǎn)。

在處理時(shí)采用單一走向長壁綜采放頂煤，使其自然垮落來處理頂板。在工作面位置采用液壓（支架）輔助頂板控制，在兩個(gè)順槽位置使用單體液壓支柱加強(qiáng)整體支護(hù)效果。

2 影響工作面破碎頂板控制的條件

2.1 地質(zhì)構(gòu)造

煤層和圍巖周圍的巖體強(qiáng)度是質(zhì)地構(gòu)造需要考慮的重要因素，此外還包括節(jié)理類型、裂隙發(fā)育情況、斷層分布等問題。隨著工作面開采不斷推進(jìn)，煤礦周圍巖體的應(yīng)力穩(wěn)定性受到破壞，原本施加于上部頂板巖層的應(yīng)力轉(zhuǎn)移釋放，如果巖層的強(qiáng)度不夠，則容易導(dǎo)致頂板破碎。如果巖層節(jié)理和裂隙發(fā)育，在受到額外的應(yīng)力作用后將會(huì)導(dǎo)致巖層發(fā)生破碎和冒落，冒落后由于本身的分散應(yīng)力形成應(yīng)力集中，仍然容易出現(xiàn)安全問題。如果該位置工作面斷層褶曲發(fā)育，則構(gòu)造帶周圍的巖石破碎，非常容易引發(fā)頂板冒落。

2.2 支架初撐力和支護(hù)狀態(tài)

在工作面回采過程中，由于地下環(huán)境復(fù)雜等因素，本身支架移動(dòng)之后穩(wěn)定下降，達(dá)不到原本的初撐力，難以保證對(duì)頂板有效支撐，可能出現(xiàn)頂板破碎事故。礦區(qū)本身地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜，工作面整體的起伏角度大，一旦偽傾角掌握不足，工作面輸送機(jī)便會(huì)上下移動(dòng)，支架難以垂直，相鄰支架之間呈現(xiàn)臺(tái)階錯(cuò)位，不能形成平面支撐效果，降低支護(hù)質(zhì)量。支架歪斜會(huì)導(dǎo)致頂梁和頂板接觸不佳，支護(hù)面積變小，加劇頂板破碎發(fā)生。

2.3 支架端面距

工作面在向前推進(jìn)時(shí)本身支架會(huì)受到頂板破碎和傾角變化影響，出現(xiàn)歪斜、咬架的問題，支護(hù)效果難以保證。仰采時(shí)工作面提刀幅度如果過大，將會(huì)導(dǎo)致支架向后仰過過多，端面距增加。如果煤層相對(duì)松軟，則端面距會(huì)進(jìn)一步增加，相對(duì)控制頂板更難。

2.4 推進(jìn)速度

工作面的頂板控制工作與推進(jìn)速度也存在一定的關(guān)系。如果工作面推進(jìn)速度較快，整體應(yīng)力變化時(shí)間較短，受到周期來壓的影響較小，因此相對(duì)控制效果比較好；如果推進(jìn)速度較慢，那么周期來壓相對(duì)較大，壓力會(huì)向前移動(dòng)至工作面出，導(dǎo)致煤壁片幫，支架的端面距增加，同時(shí)頂板受力破碎，增加頂板控制難度，導(dǎo)致工作面的推進(jìn)速度越來越慢，降低生產(chǎn)效率。

3 采煤工作面破碎頂板綜合控制措施

3.1 優(yōu)化工作面設(shè)計(jì)工作

根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件的調(diào)查應(yīng)當(dāng)盡可能減少觸及存在褶曲構(gòu)造較大的位置，分散褶曲位置的煤層由兩個(gè)工作面完成。

當(dāng)巷道掘進(jìn)時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)斷層和構(gòu)造帶時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)的調(diào)整施工角度，巷道坡度越大則頂板破碎管理難度越大；在巷道行進(jìn)時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量保證順平或者按照一個(gè)方向前進(jìn)，避免出現(xiàn)彎曲或者變向，特別是頂板位置，如果出現(xiàn)變向?qū)?huì)直接導(dǎo)致該位置形成應(yīng)力集中，導(dǎo)致問題的出現(xiàn)。

3.2 確保支架支護(hù)強(qiáng)度

在移動(dòng)支架完成后，應(yīng)當(dāng)升高支架，使其仍然保持初撐力效果。在移動(dòng)時(shí)，首先啟動(dòng)千斤頂，逐步的對(duì)其進(jìn)行卸載，保證支架頂梁和頂板之間存有支撐阻力，設(shè)備帶壓前進(jìn)，在一定程度上控制頂板下沉量和破碎程度。

破碎頂板位置可以前期準(zhǔn)備好金屬網(wǎng)進(jìn)行鋪設(shè)安裝，從而降低頂板冒落造成的危害；同時(shí)沿著工作面的傾向位置安置工字鋼，避免支架錯(cuò)茬導(dǎo)致支架頂梁不齊，提升支護(hù)質(zhì)量。

3.3 提升推進(jìn)速度

制定合理的推進(jìn)速度，制定相應(yīng)的推進(jìn)速度計(jì)劃，工作面每月推進(jìn)量大于50m。在推進(jìn)工作面，應(yīng)當(dāng)在合理范圍內(nèi)適當(dāng)加快推進(jìn)速度，避免慢速推進(jìn)，降低由于壓力前移作用導(dǎo)致的頂板破碎問題。

3.4 施工超前管棚

工作面頂板破碎、煤壁不片幫時(shí)，可以實(shí)行在工作面內(nèi)煤壁肩窩搭建施工超前管棚，然后結(jié)合金屬網(wǎng)形成維護(hù)效果，在拉動(dòng)支架時(shí)需要控制高度來保證前梁能夠托起管棚。如果煤壁片幫較大時(shí)，不僅需要鋪設(shè)金屬網(wǎng)來保護(hù)，同時(shí)還要沿傾向線設(shè)計(jì)工字鋼，在下部設(shè)置貼幫柱。如果片幫過于嚴(yán)重或者已經(jīng)出現(xiàn)大面積冒頂時(shí)則不適用超前管棚。

3.5 注入加固材料

如果頂板過于松散，可以提前注漿將松散的煤巖體形成統(tǒng)一的整體，具備一定的承載能力。通過注入高強(qiáng)度的漿液可以對(duì)煤巖體內(nèi)的裂隙進(jìn)行填充，形成具有高強(qiáng)度的構(gòu)架，提升煤巖體內(nèi)部的粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角，從而有效的提升巖體的強(qiáng)度，從而利用提升的承載力實(shí)現(xiàn)主動(dòng)支護(hù)。

在注漿時(shí)應(yīng)當(dāng)提前進(jìn)行，保證完成在頂板固化之前，注漿范圍控制在煤壁3m以外。在注漿時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)工作面的實(shí)際情況和頂板情況，確定注漿參數(shù)。在固化操作時(shí)應(yīng)當(dāng)實(shí)時(shí)掌握頂煤厚度和周期來壓情況，以此為依據(jù)調(diào)節(jié)注漿量。

4 結(jié)束語

采煤工作面破碎頂板對(duì)于煤礦的安全生產(chǎn)具有重大影響，如果沒有良好的進(jìn)行控制將會(huì)導(dǎo)致重大的安全事故。在綜合控頂措施制定時(shí)應(yīng)當(dāng)以預(yù)防為主，加快推進(jìn)速度，保證支護(hù)強(qiáng)度能夠達(dá)到要求。當(dāng)出現(xiàn)相應(yīng)構(gòu)造問題時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)的采取上述措施來提升頂板的強(qiáng)度，保證工作面正常生產(chǎn)。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，應(yīng)當(dāng)實(shí)時(shí)關(guān)注工作面的變化，制定針對(duì)性強(qiáng)的措施來保證頂板控制效果，保障安全生產(chǎn)工作開展。

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