松軟直接頂冒頂機理分析及安全技術(shù)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(yè)公司)

色連礦地處內(nèi)蒙古鄂爾多斯高頭窯礦區(qū)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(shè)計生產(chǎn)能力為5 Mt/a。區(qū)內(nèi)為黃土低矮丘陵地貌，溝谷較發(fā)育，植被稀少，為半荒漠地區(qū)。斷裂、褶皺不發(fā)育，經(jīng)勘查也未見巖漿侵入，地質(zhì)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(xué)強度低，以軟弱巖石為主，穩(wěn)固性較差。現(xiàn)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(fā)生局部冒落及掉塊現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅井下生產(chǎn)人員安全，同時也嚴(yán)重影響工作面高產(chǎn)高效和機械化的發(fā)展。因此，針對8101工作面松軟直接頂情況，系統(tǒng)研究頂板冒落機理、冒落特征等，并提出相應(yīng)的安全技術(shù)措施，為松軟破碎頂板綜采工作面頂板控制管理提供技術(shù)經(jīng)驗。

1 松軟破碎頂板冒落機理

按照力學(xué)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(jīng)現(xiàn)場實測分析，在工作面中發(fā)生的冒頂事故主要是由于頂板破碎產(chǎn)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(jié)果，其中巖層的結(jié)構(gòu)最為關(guān)鍵。煤層直接頂板在原生、構(gòu)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(tài)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(shè)備多，端面大，則需要控頂?shù)姆秶哟蟆６祟^應(yīng)力集中，頂板更為破碎，而且隨工作面的推進(jìn)，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(yán)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(dǎo)致色連礦8101工作面產(chǎn)生冒頂?shù)母驹颍绊敳课患邪l(fā)生在機尾與煤壁附近區(qū)域。工作面機尾發(fā)生局部冒頂?shù)膮^(qū)域主要在157#～163#支架處，現(xiàn)場觀測機尾冒頂形狀呈現(xiàn)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(xiàn)在距離煤壁1～1.5 m，距離回風(fēng)順槽5～7 m區(qū)域，冒落的碎塊抬升了機尾，對生產(chǎn)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(qū)域冒頂，煤壁片幫產(chǎn)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(qū)域，造成停止生產(chǎn)。

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(jù)色連礦頂板情況及現(xiàn)場生產(chǎn)實際情況，總結(jié)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(yán)重，影響機尾支架支護，容易出現(xiàn)支架不支撐頂板，或者支架后方支撐頂板，前方不支撐導(dǎo)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(xiàn)場生產(chǎn)期間統(tǒng)計機尾推移時間平均為半小時，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于推移機頭時間。

(3)工作面靠近煤壁附近局部冒頂，推進(jìn)方向漏空，煤壁不支撐，產(chǎn)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(zhuǎn)移到膠帶機上，導(dǎo)致停機，影響工作面正常生產(chǎn)。

(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(dǎo)致工人操作和行走困難，有的甚至把支架操作系統(tǒng)壓死或壓壞，導(dǎo)致支架無法前移，影響工作面的正常生產(chǎn)。

(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(shù)措施

4.1 機尾鋪頂網(wǎng)開采技術(shù)

機尾附近頂板脫層漏頂最為嚴(yán)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(shè)塑料網(wǎng)，沿著工作面傾向單趟鋪設(shè)雙層12#金屬菱形網(wǎng)，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(shè)一次網(wǎng)，使金屬網(wǎng)緊貼上覆頂板，以保持頂板完整。鋪網(wǎng)示意見圖4。

圖4 鋪網(wǎng)示意

4.2 臥底留頂煤開采技術(shù)

現(xiàn)場采用沿頂割煤，釆高4 m，實際測得工作面機尾75 m區(qū)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(fā)生漏頂，從而抬升機尾。

臥底留頂煤開采技術(shù)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(fēng)巷底板高程之上。在機尾部將割煤機后滾筒下調(diào)10 cm以增加割底的深度，保證機尾位于機尾區(qū)域高程之下而又位于回風(fēng)巷道底板高程之上，方便及時排水，與此同時，將前滾筒下調(diào)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(fā)生冒頂，采用間隔移架措施后，頂板懸露面積明顯縮小，實現(xiàn)支架迅速前進(jìn)。根據(jù)該礦實際生產(chǎn)地質(zhì)條件，把緊鄰2～6架并入一組，在每組內(nèi)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(chǎn)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(diào)節(jié)得到支撐。因此，現(xiàn)場采用帶壓移架，關(guān)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(diào)節(jié)至水平狀態(tài)，構(gòu)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(chǎn)生的破碎巖塊與支架底部泥化物，保障生產(chǎn)期間行人及物料進(jìn)出通暢，使支架推移順暢。

5 結(jié) 語

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