淺談含有分層煤大采高綜采工作面頂板控制

張丁丁++李占龍

摘 要：頂板事故是煤礦生產過程中的常見災害。工作面回采過程中，頂板破碎冒落，煤壁片幫除影響工作面快速推進外，還容易造成人員傷亡，大面積頂板垮落甚至會造成群死群傷事故。工作面回采過程中，通過對頂板進行有效控制，保證頂板完整性，可最大程度降低頂板事故的發生。

關鍵詞：綜采 大采高 分層煤 節理發育軟煤層 頂板控制

中圖分類號：TD327.23 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（b）-0077-02

隨著煤炭開采技術的進步，采煤機械化的不斷提高，煤炭開采過程中頂板事故已由突發性、非可控性逐漸向可預見、可控制性發展，特別是微震監測、礦壓在線監測[1]等技術的應用，通過礦壓數據的采集、分析及總結，已能基本掌握礦壓顯現規律，為綜采工作面回采過程中頂板的控制提供數據支持。該文結合營盤壕煤礦煤層賦存條件，通過選擇合理支護設備，確定正確的支護參數，滿足大采高，分層煤回采時對頂板支護的要求，減少煤壁片幫程度，降低因煤壁片幫造成空頂面積大而造成的頂板冒落事故。

1 節理發育軟煤層對頂板控制的影響

營盤壕2-2煤層，煤層傾角小，平均3°，煤層厚度大，平均厚度6.4 m，通過鉆孔探明及掘進揭露發現煤分層顯現，煤層中部出現一層厚約1.3 m的煤層，該層煤節理發育，與上下兩層煤分層明晰，掘進過程中，該層煤片幫嚴重，導致巷道成型差，支護困難。如圖1所示。

工作面回采過程中，對節理發育層的有效控制，成為頂板控制工作的重中之重。節理發育層分層自身抗壓強度小、穩定性差，而且影響煤體整體力學性質。對于大采高工作面，煤壁節理發育層對煤壁片幫規律的影響較為明顯，主要表現在以下方面。

（1）頂部堅硬分層。堅硬分層自身力學性質較好，在頂板壓力作用下表現為分層下位煤體的剪切破壞，而上分層自身一般不隨下位煤體發生片幫現象。

（2）節理發育軟煤層。對于節理發育層，在頂板壓力作用下，節理發育層表現為自身首先失穩或與下部煤層同步失穩，節理發育層失穩，導致該煤層首先破碎、失穩，通過自身體積的改變，可以從一定程度緩沖頂板壓力對煤壁的影響，減少煤壁片幫。但如果頂板壓力較大，該煤層首先失穩，大面積片幫會導致上部煤層失去有效支撐，而出現大面積冒落，從而引起頂板垮落。見圖2。

對該層煤的管理直接影響工作面頂板的管理。工作面頂板垮落分為推垮型、壓垮型及漏垮型[2]，根據營盤壕煤礦煤層賦存情況及開采條件，2-2煤層回采前期如頂板控制不到位極易引起大面積漏垮型冒頂。

2 針對含節理發育軟煤層頂板控制方法

根據煤層賦存條件，選擇合理支護設備及支護參數，根據工作面頂板情況，采取正確的設備操作方法，是控制頂板切實可行的方法。

2.1 液壓支架選型原則

工作面液壓支架選型時能撐得起、扛得住、蓋得嚴、護得全。液壓支架工作阻力雖不能改變上覆巖層的活動規律，但支架的主動支護能在一定程度上推遲上覆巖層的下沉[3]，合理的工作阻力在短時間內能控制頂板的下沉量，保證頂板的相對完好型，選擇合理的支架型號，通過插板的規范使用，護住架前頂板，減小空頂面積；選擇合理的護幫板，實現對煤壁片幫區域的有效控制，真正做到撐起、扛住，護全、蓋嚴。

2.2 液壓支架對分層煤煤壁及頂板的控制

對于大采高分層煤回采時，控幫即控頂，一旦發生大面積片幫，因液壓支架支護面積有限，煤壁片幫導致出現大面積空頂，失去支護的頂板受采動影響，出現破碎、垮落。煤壁破壞主要與三方面的因素有關：煤壁上部壓力、煤體強度及裂隙分布、煤壁高度。煤壁受剪切破壞產生片幫的主要原因：在頂板載荷作用下，煤壁表面會產生與煤壁垂直方向的變形和蠕動，最終煤壁會發生剪切滑移破壞，當煤壁處于極限狀態時，它會沿一條滑移面滑動、掉落，即為煤壁片幫。而含節理發育軟煤層的煤壁由于煤層節理發育，煤層抗剪切強度小，煤層的橫向及蠕動變形會釋放或緩解由于壓縮而產生的橫向應力，最終由于煤壁內的剪應力大于抗剪強度而發生剪切滑動破壞，相較于硬煤層提前受到破壞。在不改變煤層性質的條件下減小煤壁片幫的最有效途徑是降低煤壁高度和緩解煤壁壓力。而對大采高工作面頂板的有效控制有兩個：一是控制工作面采高，一是提升支架的初撐力及工作阻力[4]，抑制頂板的早期下沉，最大限度地保持直接頂的完整，防止冒頂及頂板下位巖層與上位巖層離層，來緩解煤壁超前壓力的影響。在回采高度一定的情況下，通過提升支架初撐力及工作阻力，既能降低頂板載荷對煤壁的破壞，又能在短期內控制頂板的下沉量，對工作面頂板有效控制。

參考文獻

[1] 王紅旗.礦壓監測在三軟煤層綜放開采中的應用[J].山東工業技術（上旬刊），2016（16）：58.

[2] 劉君.采煤工作面大型冒頂災害防治[J].科技風，2015（12）：178.

[3] 孫善光，劉巖.程建亮.中厚煤層工作面上覆巖層運動規律研究[J].統計與管理，2016（6）：72-73.

[4] 華新祝，謝廣詳.大采高綜采工作面煤壁片幫即控制技術[J].煤炭科學技術，2008（9）：1-3.