松軟直接頂冒頂機理分析及安全技術措施

孫 赫 王萌萌

(1.煤科集團沈陽研究院有限公司；2.山東能源淄礦集團唐口煤業公司)

色連礦地處內蒙古鄂爾多斯高頭窯礦區東南部，井田從南到北跨度為15.7 km，東西跨度為5～7.4 km，面積為89.51 km2，設計生產能力為5 Mt/a。區內為黃土低矮丘陵地貌，溝谷較發育，植被稀少，為半荒漠地區。斷裂、褶皺不發育，經勘查也未見巖漿侵入，地質條件簡單。8101工作面走向長1 780 m，傾斜長280 m，可采儲量為216.3萬t。主釆2-2上煤層，厚2.2～5.19 m，平均為4 m，煤層傾角為1°～3°，埋深約170 m，其中基巖160 m左右，表土層厚8～9 m。8101工作面頂板巖石的力學強度低，以軟弱巖石為主，穩固性較差。現場實踐表明，受采煤擾動、支架支撐力和上覆巖層的壓力作用，松軟頂板幾乎全部壓碎，很容易在工作面發生局部冒落及掉塊現象，嚴重威脅井下生產人員安全，同時也嚴重影響工作面高產高效和機械化的發展。因此，針對8101工作面松軟直接頂情況，系統研究頂板冒落機理、冒落特征等，并提出相應的安全技術措施，為松軟破碎頂板綜采工作面頂板控制管理提供技術經驗。

1 松軟破碎頂板冒落機理

按照力學因素將工作面頂板冒落劃分為3種：推垮型、漏冒型和壓垮型。色連礦8101工作面直接頂軟弱破碎，經現場實測分析，在工作面中發生的冒頂事故主要是由于頂板破碎產生的漏冒，即漏冒型冒頂[1-3]。

8101工作面回采巷道頂板冒落是由于多種原因相互作用的結果，其中巖層的結構最為關鍵。煤層直接頂板在原生、構造與采動多重因素作用下，存在“人字劈”、“升斗劈”以及其他各種形態塊體。在端面距較大時，這種塊體容易冒落造成人員傷亡。靠煤壁附近局部冒頂機理示意見圖1。

圖1 靠煤壁附近局部冒頂機理示意

由于采場兩端安裝的設備多，端面大，則需要控頂的范圍加大。端頭應力集中，頂板更為破碎，而且隨工作面的推進，移動端頭支架會對上層頂板造成擾動，移架過程中，由于頂板沒有及時支護，會造成嚴重的冒頂事故。

2 松軟破碎頂板冒落特征

松軟破碎頂板是導致色連礦8101工作面產生冒頂的根本原因，冒頂部位集中發生在機尾與煤壁附近區域。工作面機尾發生局部冒頂的區域主要在157#～163#支架處，現場觀測機尾冒頂形狀呈現錐型，冒頂長度在7架間，長約10 m，寬2～3 m，高0～2 m，最大高度出現在距離煤壁1～1.5 m，距離回風順槽5～7 m區域，冒落的碎塊抬升了機尾，對生產影響較大。見圖2。

圖2 機尾頂板冒落及支架支護情況

工作面中部測得的冒頂狀況較機尾附近要輕，冒頂高度最大約0.5 m，最長約10 m。冒落的頂板垮落到工作面煤壁前方，部分區域冒頂，煤壁片幫產生大塊的煤(圖3)，砸落到刮板輸送機上，部分煤塊硬度大，在運輸工程中可能會卡到機頭輸送機和刮板機連接區域，造成停止生產。

圖3 煤壁片幫的大塊煤塊和巖塊

3 松軟頂板對工作面不利影響

根據色連礦頂板情況及現場生產實際情況，總結松軟頂板對工作面的不利影響如下[4-7]：

(1)工作面機尾大面積冒頂情況嚴重，影響機尾支架支護，容易出現支架不支撐頂板，或者支架后方支撐頂板，前方不支撐導致支架后傾或者前傾。

(2)松軟頂板直接冒落到工作面，頂板巖石堆積到刮板輸送機或機尾上，機尾抬高，推移機尾難度加大。現場生產期間統計機尾推移時間平均為半小時，遠遠大于推移機頭時間。

(3)工作面靠近煤壁附近局部冒頂，推進方向漏空，煤壁不支撐，產生大塊煤塊或巖塊，影響刮板輸送機裝煤，有時煤塊或巖塊太大，刮板輸送機無法轉移到膠帶機上，導致停機，影響工作面正常生產。

(4)松軟頂板冒落后，推移支架過程中，頂板破碎巖塊從支架縫隙中漏下，工作面粉塵量加大，影響工人的健康安全。

(5)漏空的破碎頂板堆積在支架下方的人行道上，導致工人操作和行走困難，有的甚至把支架操作系統壓死或壓壞，導致支架無法前移，影響工作面的正常生產。

(6)工作面淋水較大，松軟頂板遇水泥化，堆積大量泥，影響支架的正常行走和刮板輸送機的推移。

4 安全技術措施

4.1 機尾鋪頂網開采技術

機尾附近頂板脫層漏頂最為嚴重，對煤層開采期間端頭支護影響較大，為了有效控制頂板冒漏，減少頂板事故，在機尾處超前鋪設塑料網，沿著工作面傾向單趟鋪設雙層12#金屬菱形網，尺寸為1.25 m×10 m，接頭處選用18#鐵絲捆扎，搭接處長約220 mm，釆一刀煤，緊跟鋪設一次網，使金屬網緊貼上覆頂板，以保持頂板完整。鋪網示意見圖4。

圖4 鋪網示意

4.2 臥底留頂煤開采技術

現場采用沿頂割煤，釆高4 m，實際測得工作面機尾75 m區域煤厚不到4 m，需采取臥底措施保證正常開采，割底深度為1.5 m，加之此處頂板較松軟，極易發生漏頂，從而抬升機尾。

臥底留頂煤開采技術措施主要增加割底板的深度，使得機尾高程低于機頭方位而又位于回風巷底板高程之上。在機尾部將割煤機后滾筒下調10 cm以增加割底的深度，保證機尾位于機尾區域高程之下而又位于回風巷道底板高程之上，方便及時排水，與此同時，將前滾筒下調10 cm以減少割頂煤高度，有效防止松軟頂板冒落。

4.3 間隔移架

由于機尾及煤壁附近頂板松軟破碎，極易發生冒頂，采用間隔移架措施后，頂板懸露面積明顯縮小，實現支架迅速前進。根據該礦實際生產地質條件，把緊鄰2～6架并入一組，在每組內部，支架間隔交錯向前移動，組間支架循序前移。

4.4 帶壓移架

工作面生產期間松軟頂板在支架前方形成大小約(2～5) m×1 m的巖石塊體在降柱移架時冒落，升柱后頂梁無法通過調節得到支撐。因此，現場采用帶壓移架，關閉二級護幫板，使一級護幫板垂直頂梁，降立柱，使頂梁與護幫板有效支撐頂板巖石塊體，防止塊體冒落，而后移動支架，升立柱的同時將頂梁調節至水平狀態，構成對頂板的有效支撐。

4.5 定時清理

定期組織工人在檢修班時清除支架人行道上因冒落而產生的破碎巖塊與支架底部泥化物，保障生產期間行人及物料進出通暢，使支架推移順暢。

5 結 語

針對松軟破碎頂板特征，提出機尾鋪頂網開采、臥底留頂煤開采、間隔移架、帶壓移架等控制技術措施，生產期間頂板冒落情況改善較大。巷道礦壓顯現不明顯，對巷道運煤和輔助運輸沒有產生不利影響，完全滿足生產需要。