刀柱下復采工作面頂板活動規律探索

袁 興

（山西蘭花集團莒山煤礦有限公司，山西 晉城 048000）

1 F203 工作面概述

1.1 地質形勢概述

南翼二采區工作面的莒山F203 工作面，具有73 m 的平均采深，運輸巷和回風巷在二采區的運輸聯絡是回風相聯工作面完成，北面為采區保安煤柱，西面為原204、206、208、210 刀柱工作面（上層已回采），南面為礦界保安煤柱，東面為原204、206、208、210 刀柱工作面（上層已回采）。掘進過程中已揭露原二采區204、206、208、210 上層已回采刀柱工作面,頂板為原上層刀柱工作面垮落后銹結的假頂，該分層厚度為3.0 m，傾角為1°～8°，在回采過程中會出現煤層片幫、頂板破碎等

1.2 開采工作面所選用的技術裝備

工作面的傾斜分層是走向長壁的方式，采煤方法是機械化綜合頂板留煤皮，工作面采煤機的型號選擇MG150/375-W，液壓支架的掩護支撐式型號是ZZS3800-1550/2500，輸 送 刮 板 機 型 號 是SGZ630/180。工作面是3.78 m 的最小控頂距以及4.38 m 的最大控頂距。自然垮落法是工作面選擇的控制頂板方案[1]。

2 觀測方法和具體內容

工作面的測區有3 個，包含上和中以及下，而數字壓力計的本安型礦用YHY60（B）有6 個，可以實時監測工作面狀態，除此以外工作面有一個壓力表是廠家自帶，另一個型號是KDJ-1，各被安裝于每個支架中。

觀測方式采用順槽：

1）觀測位移采用順槽方式：一共有11 組的回風順槽和12 組的運輸順槽，而巷口F2031 到采回風巷共有6 組，每50 m 必須進行一次記錄。

2）單體柱超前檢測壓力：3 m 1 組，2 次1 班。

3 觀測結果記錄

1）回采初期的工作面為高低不平的煤層底板，因為煤質較軟，F2032 巷在工作面首次來壓的6 m 內影響最大，支柱因為軟軟的機頭而出現陷落，嚴重變形的巷道無法暢通的前進機尾，多架卸液36 架往后的位置是集中的工作面壓力，較多的漏矸會嚴重冒頂上方支架的工作面，無法輕松容易的破矸工作面，會減慢生產速度。

2）首次過煤柱的工作面采取了相應的對策，尤其是煤柱寬度超過5 m 的采取強制放頂。強制放頂工作面后，前期基本沒有影響，工作面位于裝藥量和炮眼位置的第3 煤柱后，出現了嚴重的片幫冒頂是在24～26 架范圍的炮區，無法輕易破矸就直接減慢了正常生產速度[2]。

3）回采采空區的工作面時，未出現明顯的壓力，也不片幫煤壁，工作面具備什么樣的煤質便會出現什么程度的冒頂，移架時遇到煤軟，則破碎頂板便會冒落，生產狀況與工作面落入的矸石密切相關；工作面支架遇到煤硬時，煤頂可以被托住并完好的保持，回采采空區第四煤柱的工作面會出現少量煤的冒頂，而落矸很少。回采采空區得工作面，依據《規程》[3]可以順利實現1 班兩循環的計劃，工程作業也相對穩定。

4 觀測數據分析

4.1 顯現的壓力規律

回采工作面是周期性明顯的來壓方式，不過無法確定來壓步距，主要靠煤柱回采時的留設狀態以及刀柱上分層面去確定最終的來壓步距。

回采上分層的方式選擇了刀柱去幫助集中應力點變為煤柱，所以工作面復采的礦壓規律顯現區別跟回采工作面的普通分層不一樣，性質特殊。

1）回采采空區的工作面：沒有片幫的工作面煤壁，不具備明顯的壓力顯現，更不會發生冒頂，完整頂煤依靠的是堅硬的煤質。大約24 MPa 是合適的泵站壓力，可以杜絕竄頂現象。

2）回采煤柱工作面時：工作面的左右兩邊深入煤柱的程度達到3 m 左右時，此刻若工作面來壓，就會發生嚴重片幫冒頂的煤幫，有的甚至不止2 m 的片幫寬度，導致頂板會被冒頂接觸，部分矸石因為放頂會變得過碎或者過大，都無法順利回采工作面。快速推進工作面是頂板完好無缺的前提，頂板在工作面沒有到達下一循環時便出現了垮落，這就發生了冒頂事故，如此惡性循回應定會阻礙順利推進工作面。

4.2 順槽明顯的壓力標志

1）煤柱范圍的壓力是工作面傳遞超前壓力程度的前提。工作面普采方式區別于順槽工作面，而且只有范圍有限的超前影響，基本在20 m 內，達不到的要求。影響最大的一次是3 m 外的煤柱，是受水倉外幫的巷道影響。來壓表現為：順槽中部折的木棚梁受到嚴重的來壓時，會出現不同程度片幫發生于順槽煤幫，所以，煤幫要加裝煤柱周圍的背幫方式，即采用加掛金屬網。

2）頂底板的順槽是顯現的移近量：回采采空區的工作面復采時，基本不影響順槽位移，頂底板在煤柱范圍的工作面出現來壓時會發生30 cm 左右較大的移近量，有的甚至超過了60 cm，工作面會出現低于1.8 m 的兩端頭高度，不適合人員順利進出。

頂板來壓變化情況，圖1 為工作面機頭部、中部以及機尾壓力情況圖。

圖1 工作面機頭、中部以及機尾壓力曲線圖

4.3 運轉支架的主要特征

礦山的壓力計顯示了以下結果：支架運轉導致了增阻型存在于大部分采空區工作面中，但較低的采空區工作面壓力大多是20 MPa 以內的占80%，回采煤柱工作面的后柱具備趨于零的較小的壓力值，工作面僅在抵達煤柱內部或者周圍時，才有20～35 MPa 左右的前后柱支架壓力，會開啟安全閥，不過僅造成滴液程度，因為較慢速度下縮活柱，不會出現死架，基本不影響生產。

5 頂板控制經驗總結

1）需要回采工藝非常熟練，所以回采工作面操作不同工種的工藝需要規范，并且需要嚴格控制工程質量，保證支護的重要地位，尤其是支護前探梁的工作必須做好。

2）超前支護必須著重加強煤柱跟前的地方，保證堅實有力的超前順槽支護，所以至少需要90 kN的初撐單體柱力，遇到工作面端頭來壓時也具備合理的出口高度。

3）炮眼裝藥量布置合理后才能強制放頂，控制放頂時間合理，才能完美的卸壓，才不會嚴重損毀頂板。

4）冒頂工作面的狀態，會耗費大量時間處理矸石，減緩生產進度。片幫工作面大于1 m 時過寬，前探支架的工作面完成梁伸時，護幫動作不能實現超前移架，支架前和頂梁都不具備合理的的護幫。

5）硐室布置減少在順槽的安裝，保證采空區進行必然的布置，避免布置于煤柱中。

6）順槽支護會受到工作面來壓，所以不選擇應力集中區的煤柱刀柱面，必須另外選擇順槽在工作面的復采位置，保證布置是上下重合與刀柱原面的順槽方向，會取得較好的效果。

6 結語

要結合實際狀態合理的完善安全回采工作面的措施，尤其是對工作面煤柱下的煤幫和巷道加強刀柱的管理，預爆破頂板的應用，以及強化質量監測可以減少沖擊來壓，對頂板控制有明顯作用，可以保證工作面的經濟效益以及安全程度。