礦井綜采工作面冒頂原因分析及預防措施

(平煤天安股份一礦，河南 平頂山 467000)

0 引言

由于長時間受到巖層壓力的影響，工作面的頂板極易產生下沉、裂縫等問題。盡管液壓支架已經在煤炭行業取得了廣泛運用，并且使頂板支護取得了較好的效果，降低了頂板發生冒落事故的概率，但是無法否認的是，冒落事故依舊是威脅煤炭安全生產的關鍵災害之一。工作面產生冒頂將會導致回采工作面出現片幫問題，增加了后期回采作業的難度，出現了停產隱患，導致煤炭企業的經濟受到損失，更為嚴重的是將會導致人員的傷亡，這已逐漸成為制約煤炭企業發展的關鍵問題。

1 綜采工作面冒頂原因

①當工作面開始掘進的時候，煤體將不會再與頂部巖層相接觸。若無法采取有效的支護措施，頂板巖層將會出現破碎或者冒落，盡管已經采取支護措施，但是支架所產生的阻力無法維持頂板巖層的穩定。②地質結構的復雜性是造成覆巖冒頂損壞的關鍵因素。當覆巖碰到褶皺、斷層等應力變化較大的地質結構時，支架上部的支承壓力也會迅速提升，導致覆巖出現破裂及頂層出現下沉的問題。若對煤層的地質條件及生產狀況不了解，就無法采取合理的措施來實施管理，因此，覆巖必定會產生冒頂事故。③違章作業是導致冒頂事故發生的直接因素。根據煤層所有的各個地質條件，做好萬全準備和開展有效的操作流程是控制冒頂事故的關鍵措施。不同的地質條件，其所采取的安全措施、支護方式、通風辦法是不相同的。工作面所置支架的柱間距和行間距與規定不相符，如不應當拆卸的支架隨意拆卸等違章行為是導致冒頂事故產生的直接因素。④大型冒頂的產生主要是由于圍巖或者覆巖對錨固體施加了較大的壓力，托盤受損、錨桿的抗拉強度過低等都將導致覆巖出現破碎、巖體出現松動，進而導致冒頂問題的產生。

2 冒頂對綜采工作面影響分析

針對冒頂事故對綜采工作面所產生的影響，筆者運用UDEC2D軟件構建了相應的數字模擬模型，煤層大約有6 m的厚度。將其周圍的巖體看作是由許多完整的巖塊所構成，巖體之中存在的不連續面將會在各個巖塊之間進行切割，并且該接觸面被看做是巖塊的界線，可將完整的巖塊模擬為可形體或者剛體。在對可變形巖石進行模擬時，該軟件可以將巖塊切割為多個層級的塊體，對于各個次級的塊體，可以基于其所選擇的材料與外力狀況來計算巖塊應力及受力的分布狀況。為了深入研究冒頂問題對綜采工作面造成的影響，利用UDEC2D軟件來進行模擬研究，并采用摩爾-庫倫的準則。上方的邊界屬于應力邊界，大約有400 m的埋深，巖層密度平均為3 g/cm2，重力加速度可以設為9.8 m/s2，該邊界的載荷是均布載荷，其數值為7.9 MPa，左、右邊界上的X方向和底端的Y方向均具有0 m/s的速度。

工作面的采掘深度為120 m，煤層大約6 m，根據工作面的回采之后頂板出現的變形狀況可知，在開采之后，由于受到采動的影響，采空區周邊的圍巖所有的力學平衡狀態將會被打破，覆巖受到破壞，在自重應力的影響下失去穩定性，進而導致地表出現下沉問題。

3 如何判斷冒頂事故的發生

1)裂縫現象，就采煤工作面出現的頂板裂縫來講，可將其劃分為采動與自然2種裂縫，如果隨著采煤工作的不斷深入進行，頂板裂縫也將越來越大，這就極易導致冒頂事故的產生。

2)響聲現象，當煤層頂板的壓力急劇增加，煤體的下沉問題將會越來越嚴重，進而導致斷裂問題的產生，工作面所采用的5600液壓支架就會產生劈裂聲，同時活柱也會迅速下縮，產生較大的聲響。當聽到這些聲響的時候，就表示即將發生冒頂事故，應當采取有效的措施加以預防。

3)離層現象，如果在開展采煤作業時，若發現頂板的離層現象過于嚴重時，也可以判斷出冒頂事故的發生。

4)片幫現象，當煤壁所承受的礦壓大于可允許范圍時，煤壁將會產生嚴重的片幫現象，若存在較多的片幫煤時，在某種程度上也預示著頂板即將出現冒頂問題。

5)掉渣現象，當煤體頂板產生嚴重的損壞現象時，頂板極易產生掉渣問題，且越來越嚴重，可預測出頂板的壓力將會越來越大，這樣也將導致冒頂事故的發生。

4 綜采工作面冒頂預防措施

①科學布置采面，嚴禁產生采場采動力相互疊加的狀況，避免工作面出現相向開采。②選擇恰當的巷道截面尺寸與形狀。③對綜采工作面開展有效的支護，嚴禁進行空頂作業。④在進行開采作業時，嚴禁隨意擴大支護的間距。⑤對錨桿的質量加以控制，保證錨索的錨固力。⑥在以往產生冒頂問題的區域內增強相應的支護措施。⑦加強液壓支架所具有的初撐力。⑧重視液壓支架的型號與質量，保證支架具備充足的工作阻力。⑨選擇恰當的錨桿支護參數，使其具備較強的支護強度，以抵御圍巖的壓力。

4.1 重視觀測工作面礦壓

老頂周期來壓的步距及時間等均是導致冒頂事故產生的關鍵因素，在實際生產的過程中，應當對煤體礦壓的顯現規律進行深入的研究，同時詳細記錄實時觀測的數據，例如支架增阻的狀況等。同時，人們可以利用計算機軟件來深入分析這些數據，并取得科學有效的防治措施，以有效防護綜采工作面的冒頂問題。

4.2 做好地質結構變化的預測工作

在對綜采工作面開采工作造成影響的諸多因素中，地質構造是一項最為核心的因素，對此，人們必須對整個礦區中各個部位的地址結構進行有效的預測與研究，促使點報與月報兩項工作可以相互結合，并針對地質結構的變化狀況來開展預報工作，基于實際狀況來實時調整頂板的支護措施，徹底消除各個綜采工作面產生冒頂事故的可能性。

4.3 強化工作面液壓系統管理

對于液壓系統的泵站，應當開展好其維修、保養等一系列工作，禁止該系統產生冒、漏等問題，確保系統維持正常的供液，充足的壓力，以確保液壓系統的正常運行，同時，應當保證開采作業可以正常循環，提升工作面開采的安全性、便捷性。

4.4 最大限度壓縮頂板暴露時長

在開采之前，應當對綜采工作面伸縮梁的護頂機構進行檢查，確保該機構可以及時伸出，同時需要快速的移架，保證煤體時刻保持完整的狀態，從而盡可能的消除冒頂事故。就現階段的生產狀況而言，人們通常會采用帶壓擦頂移架的方法來提升頂板的安全性。

4.5 進行注漿(馬麗散)加固作業

由于煤巖體含有較多的裂縫與孔隙，這樣就可以依靠注漿操作來提升煤巖體的堅固性。通過研究得出，一種被稱為馬麗散胺脂的高分子材料具備較強的可注性，可以進入到煤體的裂縫中，將這種材料注入到煤巖體中，就可以讓膠結巖體冒落區域內散落分布的巖體成為一個整體，這樣可以提升巖體的承載力，有效地控制工作面頂板的垮落問題，更好的預防和治理工作面的冒頂事故。

5 結語

①由于受煤層開采的影響，上方巖層所具有的力學平衡將會受到破壞，并且在自重應力的影響下失去穩定性，從而導致地表出現下沉，而中部的下沉程度要大于兩側。②為了避免開采過程中出現冒頂問題，必須基于各個頂板巖石力學的特性來采用針對性的支護形式與工藝。③在實際開采中，應當基于現場所具有的覆巖及圍巖的條件，嚴格遵照相應的技術要求來進行開采工作，制定有效的安全措施，增強頂板的管理，保證煤礦生產的安全性。