采煤工作面破碎頂板控制技術(shù)探究

王慧龍

（山西汾西宜興煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 孝義 032300）

引言

綜采采煤工作面的特殊性容易導(dǎo)致頂板破碎問題的發(fā)生，從而對井下作業(yè)的安全造成一定威脅。在實際的井下作業(yè)中，冒頂問題是破碎頂板中經(jīng)常出現(xiàn)的安全問題，對井下作業(yè)的安全造成很大的影響。雖然有時冒頂?shù)姆秶淮螅欢贿M行及時的處理會造成問題的不斷擴大，對綜采工作面的安全造成很大的影響。所以在實際的工作中要加強對此問題的重視，采用破碎頂板控制技術(shù)來及時地處理和改善此問題，從而加強綜采工作面的安全性和穩(wěn)定性。

1 造成破碎頂板冒頂問題的原因

煤礦綜采工作面范圍內(nèi)處于破碎頂板位置的巖石具有強度低和整體性差的特點，并且嚴(yán)重缺乏穩(wěn)定性，這些問題在很大程度上給破碎頂板的維護造成很大的困難。通過對以往煤礦企業(yè)的井下作業(yè)實踐分析可以發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)的坍塌事故都是由于破碎頂板出現(xiàn)冒頂問題而沒有進行有效的處理所導(dǎo)致的，一旦出現(xiàn)坍塌事故會給企業(yè)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。通過對破碎頂板冒頂修復(fù)技術(shù)改進在一定程度上減少了冒頂事故的出現(xiàn)。一般冒頂問題出現(xiàn)的范圍在1～2 個或者3～5 個支架范圍內(nèi)，然而冒頂問題仍然是坍塌事故發(fā)生的重要原因。與之前的冒頂問題相比，改進后的技術(shù)對冒頂破碎頂板的防范范圍相對加大，要想將控制技術(shù)合理應(yīng)用到破碎頂板冒頂問題中，就需要企業(yè)對綜采工作面中出現(xiàn)冒頂?shù)脑蚝鸵?guī)律進行分析和掌握。通過對以往發(fā)生事故的原因分析，斷層帶和褶皺帶是出現(xiàn)冒頂問題最多的區(qū)域，通過對這些地帶的結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，這些區(qū)域容易出現(xiàn)下沉和裂縫發(fā)育不完善的問題，巖層受到上述影響而出現(xiàn)較為嚴(yán)重的破碎問題。頂煤和頂板的強度可以體現(xiàn)以上問題，所以頂板受到礦石的強大作用力而發(fā)生巖層破碎，有時破碎面呈現(xiàn)長度為幾米的塊狀，有時會呈現(xiàn)出粉末狀。

2 破碎頂板造成的影響

1）綜采工作面中很多區(qū)域的巖石受到擠壓會導(dǎo)致此處的頂板形成斷層，從而造成頂板的部位不完整性[1]。如此一來會使許多泥沙、碎石或者煤泥等物質(zhì)填充到斷裂的的巖縫中，斷層也由此變成滑面無法保證上層和下層巖石的附著。頂板之間相互分離改變了原來應(yīng)力場分布，因此在表面光滑的斷層周圍非常容易出現(xiàn)斷層。

2）由于地殼的運動對頂板的完整性造成影響，當(dāng)巖石附近的地殼發(fā)生運動之后會給巖石形成一定的外力而產(chǎn)生擠壓從而此區(qū)域會出現(xiàn)褶皺。而這些褶皺區(qū)域所殘余的應(yīng)力在很大程度上影響應(yīng)力場的分布，導(dǎo)致褶皺區(qū)域和向斜區(qū)域內(nèi)有大量的彈性能聚集，特別是較小的褶皺受到彈性力的影響會使此處的頂板布局出現(xiàn)冒頂問題。

3）由于煤層的擠壓影響了破碎頂板的完整性，煤層不斷帶給巖石擠壓作用力，而巖層或者煤層受到擠壓后會變薄，與此同時頂板受到煤層的擠壓后會出現(xiàn)許多的節(jié)理，而形成滑動面造成大部分的頂板出現(xiàn)嚴(yán)重的破碎，非常容易造成局部區(qū)域出現(xiàn)冒頂。巖石受到構(gòu)造的影響形成大小和形狀各異的巖塊，而這些巖塊具有獨立性所以局部容易出現(xiàn)冒頂?shù)默F(xiàn)象，甚至?xí)斐删植康拇竺绊敚坏┬纬擅绊敃怪車鷰r石的強度嚴(yán)重降低，從而對綜采工作面造成嚴(yán)重的安全威脅。

3 破碎頂板頂板控制技術(shù)的應(yīng)用分析

3.1 鋪頂網(wǎng)與鐵錨桿控制技術(shù)的應(yīng)用

首先分析鋪頂網(wǎng)的作用。由于綜采工作面頂板出現(xiàn)破碎影響頂板的完整性，可以將金屬網(wǎng)鋪到支架頂梁上以此來保證的整體性。支架頂板梁上所鋪的金屬網(wǎng)規(guī)格為0.8 m×10 m，網(wǎng)格距為50 mm×50 mm。同時為了加強金屬網(wǎng)的硬度和彈性，采用Φ2.2 mm 冷拔絲當(dāng)作鋪頂網(wǎng)材質(zhì)，避免出現(xiàn)支架頂網(wǎng)對移架產(chǎn)生影響，對應(yīng)綜采工作面較好的區(qū)域可以鋪單網(wǎng)，而對于頂板破碎嚴(yán)重和受力較大的地段可以采用雙網(wǎng)，從而使金屬網(wǎng)的強度加大，避免出現(xiàn)移架問題或者頂板冒落而形成的撕網(wǎng)問題。其次，鐵錨桿控制技術(shù)的應(yīng)用分析。通過對工作面形成煤壁片幫的過程分析[2]，不管是構(gòu)造產(chǎn)生的裂隙問題還是受到采煤運動的影響，一共有三種形式的片幫：其一，從若面向自由面的方式滑落；其次，隨著進刀方向而出現(xiàn)冒落；其三，煤壁受到擠壓形成裂隙之后不斷向外部移動出現(xiàn)變形，達到一定的極限后滾落下來。然而這三種片幫方式中任何一種出現(xiàn)片幫運動矢量都可能導(dǎo)致自由面的鉛體向下或者水平向外的現(xiàn)象。所以只有加強控制自由面煤體向下和向外的位移活動，促使切頂線從煤壁處慢慢地向采空區(qū)位置移動，從而移動到支架頂梁的后端，如此才能有效控制工作面發(fā)生側(cè)片幫和漏頂問題。在分析以上問題的同時也要考慮到采煤機具體作業(yè)問題，將木錨桿超前支護應(yīng)用到破碎煤體的支護中，如此一來將被動支護變成主動支護。

3.2 注漿加固工藝的分析

煤巖體化學(xué)注漿加固的原理是將化學(xué)漿液填充到頂板圍巖或者煤層出現(xiàn)的裂縫中，使圍巖或者煤層保持整體性，有效提升圍巖的整體承受能力，使圍巖更加的穩(wěn)定，從而綜采巷道內(nèi)的應(yīng)力處于平衡狀態(tài)。這項技術(shù)主要應(yīng)用到工作面回采過程中斷層的上下端頭和加固支護工作面的破碎頂板區(qū)域。這種化學(xué)漿液主要應(yīng)用的是波雷因化學(xué)材料。這種材料的粘合性和機械性非常的強，將其注入到縫隙中可使低粘度混合物在短時間內(nèi)在細小的縫隙中膨脹，從而對該區(qū)域進行有效的加固并產(chǎn)生密封處理作用。將注漿孔設(shè)置到端頭的巷幫位置以及工作面的破碎帶煤區(qū)域，開口離頂板的距離為0.5 m，仰角的度數(shù)為20°，注漿孔的直徑和孔的深度分別為30 mm 和4 m。注射漿液的順序為：為了避免注漿孔之間出現(xiàn)串漿現(xiàn)象，應(yīng)用間隔打眼的方式。每個注漿孔的注漿量為200 kg，具體的注漿量要根據(jù)實際情況靈活改動，注漿終止壓力為3～5 MPa。

3.3 挑順山梁與架走向梁工藝分析

采煤機截割煤完成后，出現(xiàn)的新煤層在短時間內(nèi)不會出現(xiàn)冒落的現(xiàn)象，但是當(dāng)支架卸載之后會出現(xiàn)冒落的現(xiàn)象。如此可以使用挑順山梁的方式，先將頂梁完整處的支架移出，在移架之前將1～2 根長度為3～4 m、直徑為180 mm 的木梁支護到平行工作面位置，以此來維護頂板的完整性，最后將頂板破碎處的支架移出。架走向梁的應(yīng)用方式，首先需要在煤壁頂板的位置挖出梁窩，之后走向梁的兩頭分別加到煤壁上支架的梁窩上。倘若煤壁容易出現(xiàn)片幫或者不適合挖窩梁，可以將一個臨時貼幫柱支設(shè)在煤壁的旁邊。

3.4 架走向棚工藝的應(yīng)用分析

如果工作面出現(xiàn)破碎頂板的現(xiàn)象就表明冒落的范圍較大，這時不適合用挑順山梁的方法進行支護，此時的頂板也不具備放順山梁的條件。可以將一梁二柱或者一梁三柱的走向棚在相鄰的支架間進行超前支護，之后將1 架或者2 架順山抬棚支護架設(shè)到走向棚下。順山棚可以同時托住3 架走向棚梁[3]，最后可以將頂板下的順山抬棚和走向棚移出，支架在順山梁和走向梁的保護下完成前移。通過對某綜采工作面回采過程分析發(fā)現(xiàn)符合頂板的完整性不穩(wěn)定，當(dāng)頂板具有較好的完整性時可以選用前述頂板管理技術(shù)，如果出現(xiàn)頂板裸露就需要加強支護，從而形成良好的控制效果。然而對于膠結(jié)程度較低的復(fù)合型破碎頂板，這種管理工藝比較被動所以效果不佳。這是因為破碎頂板的膠結(jié)程度低一旦出現(xiàn)裸露現(xiàn)象就會造成巖石流動，這種現(xiàn)象很難進行支護控制，就會形成嚴(yán)重的冒頂事故，對綜采工作面的生產(chǎn)安全形成很大的影響。通過對以往問題分析采用破碎頂板控制支護方式最為有效合理。對于頂板固結(jié)較好的位置可以應(yīng)用上述管理方式，而對于破碎程度嚴(yán)重的地段可以采用注漿固化頂板支護技術(shù)進行控制。對移架工藝進行合理的調(diào)整，在割煤之前支護和輸送機之間要留出一個截深的距離，當(dāng)割煤之后需要對頂板進行移架支護并且要求一次性完成移架。當(dāng)頂板破碎嚴(yán)重或者煤壁出現(xiàn)較為嚴(yán)重的片幫問題時，可以采用超前移架的工藝，在割煤之前要進行移架完成超前支護。

4 結(jié)語

通過本文對控制技術(shù)的分析發(fā)現(xiàn)該技術(shù)可以應(yīng)用到采煤工作面回采過程中的不同時期和不同區(qū)域，并且對于整個回采過程都比較適用，可以有效保證破碎頂板的完整性和穩(wěn)定性，并且有效提高了綜采工作面的單產(chǎn)水平。通過對以上應(yīng)用方式分析，將其應(yīng)到工作面破碎頂板中可以有效控制住前者對回采工作面產(chǎn)生的影響，在很大程度上控制了破碎頂板的整體性，并且有效保證了工作面開采任務(wù)的完成，在很大程度上為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟效益。