復采區復雜頂板條件下工作面頂板控制措施研究

龐晉中

(山西晉城市能源局， 山西 晉城 23500)

1 前言

某井田內3號煤層已開采多年，由于以往采煤方法落后、回采率較低等歷史原因，采空區內(特別是原小窯破壞區)尚有部分殘存資源可以規模開采。以前由于生產方式簡陋，單井規模小，采煤方法落后等條件限制，一直延用“留頂、留底、采中”巷柱式開采法，留有底煤。采易棄難、采優棄劣，對3號煤層煤炭資源造成浪費，回采率較低。

3號煤層為稀缺優質煤炭資源，為低灰、特低硫、高發熱量，是良好的化工用煤，經濟價值高。在如今煤炭經濟下行波動的情況下，如何提高礦井效益，提高優質資源的回收率已成為礦方研究的重要課題。根據目前礦井的現有設施和資源情況，在充分利用現有設施、保證安全投入的前提下，進一步確定合理的開拓、開采布局，充分回收3號煤層資源。

井田內穩定可采煤層為3號、9號、15號煤層。復采區位于3號煤層。殘采一區3號煤層剩余純煤厚度1.72m，分布于煤層下部，上部分采空；殘采二區3號煤層殘存純煤厚平均厚度4.32m；殘采三區3號煤層殘存純煤厚度為1.60m，上部分采空；殘采四區3號煤層殘存純煤厚平均厚度3.20m；殘采五區3號煤層殘存純煤厚平均厚度3.07m。其煤層含0～4層矸石。煤層頂板以泥巖、粉砂巖、細粒砂巖為主，局部發育薄層炭質泥巖偽頂；底板巖性為泥巖、砂質泥巖或粉砂巖。

2 復雜頂板控制安全技術措施

3號煤層復采區舊式開采時所遺留的巷道由于年代較久，巷道多已變形破壞，頂板冒落，部分巷道冒落膠結后形成再生頂板，但在工作面回采過程中也存在一些未完全冒落的空巷。因此，復采工作面前方可能遇到煤柱、空巷、冒落區等情況，由于煤柱承載的集中應力和頂板冒落時形成的沖擊載荷會對工作面支架造成損害，甚至會導致頂板事故的發生，給工作面安全生產帶來很大的安全隱患。因此，針對上述幾種情況設計采取以下措施。

2.1 預防工作面煤壁片幫和架前頂板漏冒措施

(1)嚴格執行追機移架制度，割煤后要及時移架，防止冒頂。

(2)若頂煤松軟，根據現場情況，支架采用超前移架或及時移架。

(3)在回采時，如工作面局部煤幫片幫嚴重時，要及時超前移架，并打出護幫板護幫控頂，及時把操作手把打回零位，任何人不得隨意亂動操作手把。

(4)對于節理發育地段，要超前拉架，打出護幫板，及時護幫。

(5)因斜茬煤發育導致空幫處，必須采用割底煤的方式進行，同時拉超前架，以免片幫范圍擴大。

(6)機頭、機尾鋪網時，嚴禁將護幫板收回，以免片幫傷人。

(7)移架后，片幫深度超過600mm時應打出前梁進行臨時支護，超過1.0m時，應視情況架設走向棚。

(8)如冒頂范圍較大，待頂板冒落穩定后，可從冒頂區上下兩側進行處理，采用架設順山棚配合走向梁的方法控制頂板(當冒頂區僅剩2架液壓支架時，應從一端向另一端依次進行，嚴禁兩端同時作業，人員不得在冒頂區下的刮板輸送機里行走)，架棚示意圖如圖1所示。

(2)該設備定位于回收以大于0.045 mm粒級為主的物料，實測脫水產物中該粒級總分配率為81.89%，同時還回收了17.03%小于0.045 mm粒級的細泥，脫水產物固體回收率為74.16%，分配粒度為0.047 mm，表明沉降過濾式離心機達到了工藝要求。

圖1 煤壁架棚示意圖

架設順山棚必須采用φ14～16cm的紅松圓木(去一平面)，平行于支架梁端，用木垛接頂，木垛可用半圓木或方木，架設順山棚必須至少保證一梁兩柱，架好順山棚后，可用兩根2.8～3.5m木梁或π型鋼梁托住順山棚，一梁兩柱或用支架前梁托住順山棚，以利于采煤機通過，采煤機通過后應盡快拉架移溜，對于煤壁側的單體柱應防止柱倒傷人，如單體柱發生傾倒應及時停溜并將單體柱取出。

(9)為確保安全，工作面循環進尺一般不超過600mm，在頂板特別破碎時循環進尺為300～400mm。

(10)工作面頂板破碎比較嚴重時，應在支架頂梁上鋪設金屬網(采用10#鐵絲編織的50mm×50mm網孔的菱形網)護頂。

(11)加強工作面頂板周期來壓觀察分析，在礦壓觀測方面做到預警預報。

(12)在以上措施均不能控制破碎頂板的情況下，可采用注漿的方法加固兩幫和頂板，并應制定專項的安全技術措施。

2.2 復采工作面圍巖控制方案及安全技術措施

1)復采區工作面回采時重點注意事項

(1)詳細檢查工作面瓦斯及其他有害氣體涌出情況。

(2)摸清舊巷內的積水情況。

(3)重點觀察工作面頂幫受壓變化情況。

(4)支護方式的調整與加強。

(5)靠近舊巷作業人員的安全及舊巷口處的警戒工作。

2)圍巖控制方案及安全技術措施

(1)復采工作面推進過程中，在前方遇到與切眼平行、斜交(小角度)狀態的空巷，對該類空巷增打木垛加強支護，必要時補打錨索加強支護。

(2)復采工作面向前推進時，會遇到與切眼垂直、斜交(大角度)的空巷，對該類空巷采用單體柱配合木板梁加強支護，即可在支架頂梁上架設木板梁，每架2根，梁頭緊頂煤幫，并在每根梁頭下打單體柱加強支護，同時打好貼幫柱護幫。

(3)過舊采巷道前要及時制定過空巷補充措施，并打開密閉，配風，檢查瓦斯和頂板情況。

(4)回采工作面在過空巷時，要事先調斜工作面，縮小工作面推進步距，并采用磨三角，快速推進的辦法過空巷，頂板壓力較大地段可采用木垛加強支護。

(5)如空巷斷面較大，在過空巷的過程中要做好頂板實時監測，發現問題及時處理。

(6)過垂直于切眼的空巷時，要根據實際揭露的斷面情況調整割煤高度。

(7)液壓支架要保持完好狀態，初撐力不低于規定值的80%。

(8)人員在進行作業時，必須有跟班領導、隊長、安全員、瓦斯員現場監督各類情況，井下帶班礦長、帶班隊長、采煤機司機必須攜帶便攜式瓦斯報警儀，發現異常情況時及時撤出人員，不能通風的巷道嚴禁人員進入[1]。

(9)回采工作面過空巷的前后幾個循環，要采取小進尺循環的方法進行，確保不破壞原巷道頂幫而造成空頂增大和局部冒頂現象。工作面揭露空巷部分要提前采取臨時性支護措施，及時托住頂板，同時空巷內要合理配風，并加強瓦斯檢查。

(10)過空巷時，工作面各種備品備件要準備充足，人員組織要合理。

(11)工作面要妥善維護好頂板，防止漏頂事故發生，嚴禁空頂作業。

(12)工作面所有作業人員要對過空巷(空區)引起足夠的重視，要做好一切準備，聽從現場管理人員的指揮。

(13)跟班礦長與隊長及安全員要靠前指揮，確保過空巷的安全作業。

(14)隨著工作面的不斷推進，要及時調整通風系統，保證工作面的實際需風量。

(15)工作面局部地段采用其他方法不能有效支護頂幫時，可進行注漿固化破碎頂板，對破碎松散體進行黏結，使之成為整體，提高圍巖的穩定性和抗壓承載能力[2]。

(16)如果工作面前方冒落區域較大、采用充填技術費用大、處置冒頂技術極其復雜或可操作性不強時，應采取轉移工作面，另開切眼繞過冒落區。

2.3 工作面末采收尾安全技術措施

1)工作面停采線位于地質條件較好地段時的安全技術措施

工作面到達停采線時，礦方要提前制定收尾撤架安全技術措施，在工作面回撤至距停采線10m時，開始鋪頂網和廢舊鋼絲繩，當頂網到掩護梁時停止放煤，當煤矸壓住金屬網后，在工作面做撤架通道、回撤設備。把工作面不用的設備回收，而后由工作面機頭開始向機尾回撤支架。工作面全部設備撤出后，封閉兩個順槽口，順槽口密閉應在順槽內距大巷開口處不大于5m。

2)工作面停采線位于頂板破碎、煤質松軟等地質條件不好地段時的安全技術措施

當工作面到達停采線但是停采線地段存在頂板破碎、煤質松軟等情況時，對破碎松散圍巖采用壁后注漿加固處理，使漿液充填和膠結圍巖的空隙和裂隙，在巷道的外圍形成完整的注漿帷幕，并與圍巖共同形成有效承壓組合。由于注漿使得巷道外圍組合厚度的加大，能有效地提高支護結構的承載能力，阻止巷道的變形破壞，從而保證工作面末采階段的安全。

3 結論

對3號煤層復采區的工作面，煤層頂板復雜，部分巷道冒落膠結后形成再生頂板，甚至會導致頂板事故的發生，給工作面安全生產帶來很大的安全隱患。通過對煤壁、圍巖、工作面末采收尾時的頂板進行控制，保障了頂板的穩定性，為復采區復雜頂板工作面的回采提供了技術保障。