“三軟”煤層綜采防片幫冒頂有效控制探索

侯明玉

摘 要：文章主要圍繞重慶松藻礦區(qū)三軟中厚傾斜煤層的主要特點(diǎn)進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上提出了三軟中厚傾斜煤層綜合機(jī)械采煤破碎頂板控制原則，最后對(duì)三軟傾斜煤層采場(chǎng)頂板控制主要技術(shù)措施進(jìn)行研究。通過(guò)這些有效措施的應(yīng)用，對(duì)減少頂板事故，實(shí)現(xiàn)安全回采，增加礦井產(chǎn)量，提高礦井的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：三軟煤層；片幫冒頂；控制探索

引言

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)對(duì)難采煤層的綜合機(jī)械采煤頂板控制技術(shù)的研究已經(jīng)取得許多的成果，但大多數(shù)采場(chǎng)頂板控制設(shè)計(jì)還是依靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行，這存在著一定的盲目性，很難做到安全控制頂板，且支護(hù)效率低。通過(guò)對(duì)“三軟”煤層綜合機(jī)械采煤頂板控制的探索，掌握頂板事故發(fā)生的規(guī)律，及時(shí)采取針對(duì)性的控制措施，防止工作面頂板事故，這無(wú)疑對(duì)“三軟”煤層機(jī)械開(kāi)采具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

1 煤層概況

1.1 “三軟”煤層的總體特點(diǎn)

目前，難采煤層基本上有兩種類(lèi)型：一是在當(dāng)前開(kāi)采技術(shù)條件下，實(shí)現(xiàn)正常安全生產(chǎn)有一定難度的煤層，需要一些特殊的、附加的技術(shù)安全措施方能順利開(kāi)采。二是由于地質(zhì)構(gòu)造條件復(fù)雜，賦存條件差，難以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化開(kāi)采的煤層。而“三軟”煤層屬于第二類(lèi)難采煤層，這類(lèi)煤層地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜，賦存條件差。

“三軟”煤層的直接頂通常由碳質(zhì)泥巖、泥巖等強(qiáng)度較低的巖層組成，厚度不是很大，頂板巖體強(qiáng)度指數(shù)D≤3MPa，允許暴露面積和時(shí)間分別在20m2和0.5h以下。在煤層采出后，直接頂巖層一般直接垮落，而直接頂之上的老頂，由于厚度較大，并且由強(qiáng)度較高的砂巖、石灰?guī)r等組成，一般并不隨直接頂?shù)目迓涠皶r(shí)垮落，而有可能發(fā)生規(guī)則的垮落，巖塊互相鉸接，或者只彎曲下沉，由于頂板賦存狀態(tài)和垮落特點(diǎn)的特殊性，隨著工作面向前推進(jìn)，暴露出來(lái)的頂板極易冒落，在大的構(gòu)造應(yīng)力作用下發(fā)生流變，因此控制好采場(chǎng)的頂板十分必要。

1.2 探索工作面概況

松藻礦區(qū)同華煤礦井田煤巖層為上二疊系龍?zhí)督M，位于龍骨溪背斜本翼，屬單斜構(gòu)造。井田含煤11層，其中可采煤層2層，即K1煤層和K3b煤層，其余煤層均為局部可采或不可采。K1煤層已開(kāi)采至-60m階段，K3b煤層已開(kāi)采至+50m階段，煤層平均厚度2.5m，平均傾角27°。

同華煤礦2316條帶回采工作面位于二水平+100m～+50m階段，在稱(chēng)“大連子”，回風(fēng)巷埋深325.53 ～399.9m，運(yùn)輸巷埋深366.84～412.02m，顏色灰黑色，煤巖類(lèi)型以光亮型為主，半亮型、半暗型次之，具有金屬光澤，貝殼狀斷口，采出后多為塊狀、粒狀、粉狀，硬度f(wàn)=1～2。煤層厚度2.0～3.2m，平均2.52m，煤層走向220～ 230°，傾向310～320°，傾角23～28°，平均26°。該工作面于2011年在2316-3區(qū)段實(shí)施綜合機(jī)械化，由南向北回采，屬被保護(hù)層，與下部保護(hù)層工作面層間距為32m，受下部保護(hù)層回采影響，工作面有瓦斯卸壓涌出和礦壓顯現(xiàn)。同時(shí)該面在2013年10月采至2616-1區(qū)段時(shí)與下階段（±0m～-60m階段）的3111條帶薄煤層工作面重合相向回采。

該工作面老頂為灰黑色薄層狀粉砂巖，以石英為主，含星散狀黃鐵礦，平均厚度0.7m；直接頂為黑色致密狀泥巖，含黃鐵礦結(jié)核及晶粒，易破碎，極易垮落，為“I”級(jí)頂板，平均厚度2.8m。直接底為灰黑色粘土泥巖，含黃鐵礦晶粒，有黑色脆片，遇水易膨脹，巷道形成后受壓會(huì)發(fā)生底鼓，平均厚度1.6m。老底為灰黑色粘土泥巖，含黃鐵礦晶粒，有黑色脆片，遇水易膨脹，巷道形成后受壓會(huì)發(fā)生底鼓，平均厚度2.1m。

2 “三軟”煤層機(jī)械開(kāi)采影響因素

2.1 地質(zhì)因素

一是煤層自身賦存條件，且煤層自身硬度小，節(jié)理發(fā)育，穩(wěn)定性差；二是地質(zhì)構(gòu)造變化影響，煤層厚度增加，構(gòu)造區(qū)的頂板巖性變化大，呈分層狀，軟而破碎，易引起片幫冒項(xiàng)，臨近斷層、褶曲軸部等構(gòu)造的部位，特別是直接頂由強(qiáng)度較低，分層厚度較小的巖層組成；上述兩種情況下易造成煤壁大面積片幫，頂板暴露，特別是采煤機(jī)的運(yùn)行范圍內(nèi)暴露頂板無(wú)法得到及時(shí)支護(hù)。如2316-1區(qū)段工作面回采時(shí)遇見(jiàn)構(gòu)造影響，長(zhǎng)時(shí)在煤層增厚段回采而引發(fā)了局部片幫冒頂，對(duì)生產(chǎn)造成了很大影響，并且因片幫冒頂停產(chǎn)3天處理垮落區(qū)。

2.2 采掘部署不合理，礦壓因素影響

常見(jiàn)的礦壓因素有承壓煤柱或周期來(lái)壓導(dǎo)致礦壓顯現(xiàn)異常，引發(fā)片幫冒頂事故；由于采掘部署不合理，2316-1采面和3111采面在該區(qū)域上下階段不得不面對(duì)兩個(gè)工作面相向回采的尷尬局面，雖然是跨階段回采，且煤層層間距足夠，達(dá)32m；但保護(hù)層開(kāi)采承壓煤柱影響造成回采過(guò)程中局部應(yīng)力增高，下階段工作面回采的初次來(lái)壓影響上階段和上部中厚煤層礦壓顯現(xiàn)，造成工作面兩巷和采場(chǎng)范圍內(nèi)礦壓較大，液壓支架和單體柱均不同程度出現(xiàn)卸載和鉆底現(xiàn)象；

2.3 支護(hù)設(shè)備選型不合理

2316-1工作面選用的ZYQS1700-14/31型液壓支架為礦區(qū)機(jī)修廠自行加工，支架頂梁長(zhǎng)度3230～4000mm；最大有效支撐高度2800mm；支架初撐力：1129～1238KN，工作阻力：1567～1932KN；支架雖設(shè)計(jì)了前探伸縮梁和煤壁護(hù)幫板，但伸縮梁的有效長(zhǎng)度為0.6m，鑲嵌在頂梁箱體內(nèi)，不能有效接頂，護(hù)幫板固定在伸縮梁前端，導(dǎo)致暴露的頂板得不到及時(shí)支護(hù)，護(hù)幫效果也很差。該支架已經(jīng)多次修復(fù)使用，設(shè)備老化，且有少部分配件工作效果不佳。

2.4 綜采工作面頂板管理重視不夠及操作不當(dāng)

移架不及時(shí)或移架中沒(méi)有采用帶壓擦頂移架或輔助帶壓移架，工程質(zhì)量低劣或支架端面距超規(guī)定值，懸頂時(shí)間超過(guò)規(guī)定，工作面推進(jìn)速度慢，支架初撐力和工作阻力達(dá)不到額定值或采高超過(guò)支架的最大支撐高度造成頂板大面積來(lái)壓，頂扳產(chǎn)生臺(tái)階下沉及煤壁片幫冒頂事故的發(fā)生。

2.5 工作面推進(jìn)速度緩慢

受礦井運(yùn)輸條件限制和綜采設(shè)備使用處于磨合期，員工操作不熟練和員工總量等原因而出現(xiàn)各類(lèi)設(shè)備故障頻繁，導(dǎo)致工作面推采進(jìn)度緩慢，現(xiàn)采面執(zhí)行“一采一準(zhǔn)”，平均月推進(jìn)度不足30m，不能及時(shí)把基本頂板初次與周期來(lái)壓的礦壓顯現(xiàn)甩在工作面老塘，工作面煤壁長(zhǎng)期處于承壓狀態(tài)，從而誘導(dǎo)了片幫冒頂事故的發(fā)生。endprint

為了減小刮板運(yùn)輸機(jī)和割煤機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中的下滑力，以及減小采空區(qū)垮落的矸石對(duì)液壓支架產(chǎn)生的向下推力，工作面往往采取仰斜開(kāi)采的形式，即工作面下出口超前上出口5～10m，由于仰斜開(kāi)采工作面煤壁產(chǎn)生自重垂直向下的作用力增大，從而較容易發(fā)生片幫冒頂事故。片幫滾落下來(lái)的煤矸極易傷人，人員不能及時(shí)進(jìn)入工作面采取有效控制煤壁片幫的措施，導(dǎo)致煤壁不斷片幫，工作面頂板懸露面積不斷擴(kuò)大，給頂板管理增加處理難度。

3 頂板控制主要技術(shù)措施

3.1 優(yōu)化采掘部署，合理布置回采工作面

合理的采掘部署，是煤礦安全高效生產(chǎn)的關(guān)鍵；加大各階段回采工作面布置控制范圍，有效降低采動(dòng)礦壓影響，確保采煤工作面在卸壓穩(wěn)定安全期布置；根據(jù)同華煤礦傾斜煤層下保護(hù)層采煤工作面回采情況資料收集，下保護(hù)層采煤工作面采動(dòng)卸壓穩(wěn)定期一般在3～5個(gè)月，礦壓穩(wěn)定范圍走向長(zhǎng)為150m，各階段標(biāo)高范圍為50m。因此加快階段開(kāi)拓巷道施工組織，加快保護(hù)層布置和開(kāi)采，拉大相鄰采面影響范圍，實(shí)施跨階段布置工作面，保證兩個(gè)相鄰回采工作面超前一個(gè)階段條帶布置；取消相鄰工作面相向回采布置方式，跨階段相鄰工作面推進(jìn)超前距大于300m，緩減上部被保護(hù)層礦山壓力，防止礦山超前壓力造成“三軟”煤層片幫，頂板暴露垮塌有積極作用。

3.2 提高支架的和撐力和工作阻力

從控制理論講，支架初撐力大，能夠預(yù)先控制頂板，既有利于防止直接頂離層，又有利于支架的穩(wěn)定?？煽s量大、阻力可靠則可以緩沖老頂?shù)膲毫Γ軌虬丛O(shè)計(jì)要求，可靠地保證對(duì)頂板的控制。

首先盡可能提高泵站的供液能力或選擇高壓泵站的供液系統(tǒng)，盡量減少液壓系統(tǒng)的跑、冒、滴、漏現(xiàn)象和工作面液壓系統(tǒng)的竄液?jiǎn)栴}。生產(chǎn)中把乳化液泵站換為XRB2B-350/80乳化液泵站，從而大大減少了片幫冒頂事故的發(fā)生。

正確操作支架，在移架升柱后，不要立即把升柱手把打回零位，以提高初撐力。充分利用支架的初撐力，及時(shí)有效地支護(hù)頂板。帶壓移架，移架時(shí)降柱高度控制在100 mm以下，擦頂前移（或用單體幫架前移），支架升柱后，操作手把延時(shí)回零，以提高實(shí)際初撐力；發(fā)揮支架回轉(zhuǎn)千斤頂?shù)淖饔?，保持支架頂梁處于近水平狀態(tài)，梁端略高于梁尾，防止向煤壁竄矸；靈活操作，及時(shí)支護(hù)，一般移架滯后于采煤機(jī)滾筒不大于5架，不少于3架，否則應(yīng)停機(jī)移架；對(duì)于頂板冒落高度>500 mm的，應(yīng)及時(shí)在頂梁上架設(shè)木料絞頂，防止冒頂?shù)睦^續(xù)發(fā)展。

3.3 減少機(jī)道無(wú)支護(hù)空頂時(shí)間，預(yù)防機(jī)道上方頂板長(zhǎng)時(shí)暴露垮落

采煤機(jī)過(guò)后到移架需要10-15m的滯后距離（因先推溜后移架），采煤機(jī)滾筒切深為600mm，在此范圍內(nèi)，支架頂梁梁端到煤壁的寬度為600mm，如果空頂斜長(zhǎng)在30m，就是近20平方米的空頂面積，采煤機(jī)割煤后得不到及時(shí)支護(hù)，煤壁和機(jī)道空頂范圍內(nèi)的頂板就會(huì)大面積暴露，造成架前冒頂現(xiàn)象。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們根據(jù)鄰近礦井改進(jìn)型支架特點(diǎn)，提出將工作面支架頂梁前端護(hù)壁板和伸縮梁聯(lián)合利用，確保當(dāng)采煤機(jī)前滾筒過(guò)后，立即把伸縮梁伸出及時(shí)支護(hù)頂板，防止了機(jī)道空頂范圍內(nèi)的頂板大量垮落，徹底杜絕了架前冒頂。正常稱(chēng)架時(shí)作為護(hù)壁板直接伸到煤壁，頂住煤壁上部煤體，給煤壁一個(gè)推力，防止煤壁上部煤體的脫落，起到了防止煤壁片幫的作用。伸縮護(hù)壁板不但起到及時(shí)支護(hù)的作用，而且在防止煤壁片幫也發(fā)揮了很好的作用。煤壁片幫的范圍得到了有效控制。減少了大量的人工支護(hù)工作量，而且節(jié)約了大量的坑木，并且減少了人員的人身傷亡。

3.4 輔助帶壓移架，減少頂板的反復(fù)支撐破壞頻率

因“三軟”煤層支架陷底的原因，移架時(shí)不能一次前移600mm的距離，每次只能移300-400mm，移架時(shí)需要反復(fù)降架-移架-升架的操作，造成頂板反復(fù)支撐，使支架上方頂板位移速度加劇。正常下部移一架需要3-5分鐘的時(shí)間，由于部分地段頂板巖石松散易冒落，每班推溜拉架占總有效時(shí)間的1/2左右，是制約工作面正常推進(jìn)的主要原因。為此我們采取了輔助帶壓移架措施，采用2.5m長(zhǎng)單體支柱支撐在液壓支架頂梁下方并用小繩徑鋼繩固定單位支柱，把拉架手柄放到拉架位置，再將陷底支架底座提離工作面底板巖層100-150mm的高度，當(dāng)支架開(kāi)始前移時(shí)停止降柱，一次性將支架拉到位，雖然拉架過(guò)程輔助工作時(shí)間耽誤較長(zhǎng)，但整個(gè)移架過(guò)程支架頂梁始終保持支撐位置，起到了帶壓移架的目的，頂板破壞程度大幅降低，達(dá)到了預(yù)想效果。

3.5 垂直工作面煤壁超前架梁護(hù)頂

當(dāng)工作面發(fā)生大面積片幫冒頂且己出現(xiàn)空頂時(shí)，必須停止工作面采煤機(jī)和輸送機(jī)，等冒頂區(qū)頂板穩(wěn)定后，根據(jù)片幫的寬度，選用直徑200 mm以上的木料和長(zhǎng)度為2.4m的9#工字鋼梁，沿走向?qū)⑵湟欢舜钤谥Ъ茼斄簧?，搭接長(zhǎng)度應(yīng)不小于300 mm，另一端用2.5m單體液壓支柱支撐，每個(gè)支架上搭兩根，支護(hù)鋼梁間距0.7～0.8 m，并嚴(yán)格按“一架二梁，一梁二柱”組織實(shí)施，用木料接實(shí)頂板。

處理片幫工作必須是嚴(yán)格采用從上往下逐架進(jìn)行，及時(shí)打好工作面煤壁的貼幫支柱，并采用木料和竹笆片背護(hù)煤壁，在處理過(guò)程要有專(zhuān)人負(fù)責(zé)觀察頂板，嚴(yán)防“二次片幫”，嚴(yán)格措施規(guī)定要求，保證施工工程質(zhì)量，確保人員撤退安全。

3.6 改進(jìn)綜采生產(chǎn)工藝和操作技術(shù)，加強(qiáng)工程及設(shè)備管理

要防止采高超過(guò)設(shè)計(jì)要求。因設(shè)計(jì)的采高是綜合地質(zhì)，礦壓等多方面因素而制定的，如果采高超過(guò)設(shè)計(jì)要求，就會(huì)有特殊情況發(fā)生，如支架初撐力選不到規(guī)定要求而接頂不嚴(yán)密，造成頂板離層，在動(dòng)態(tài)應(yīng)力的影響下造成煤壁片幫，導(dǎo)致端面距增大，頂板懸露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而造成冒頂?shù)痊F(xiàn)象的發(fā)生。

當(dāng)頂板及煤體破碎時(shí)，減少采煤機(jī)的一次進(jìn)刀量，以提高牽引速度，實(shí)行淺截快跑。提高采煤機(jī)的截割速度，就可以縮短工作面生產(chǎn)的循環(huán)時(shí)間，盡量減少了機(jī)道頂板裸露的面積和時(shí)間。頂板裸露的面積和時(shí)間對(duì)頂板端面破碎起著制約因素，而工作面機(jī)道頂板裸露面積的大小和時(shí)間很大程度上取決于滾筒的截深及采煤機(jī)的牽引速度。因此，在實(shí)踐中要根據(jù)適合采場(chǎng)的地質(zhì)條件及生產(chǎn)條件選擇合理的截深和速度，減少頂板的裸露面積和時(shí)間。這樣，可以充分利用超前壓力落煤，使機(jī)組負(fù)荷減小，運(yùn)行穩(wěn)定，速度快，使頂板壓力顯現(xiàn)較均衡，頂板下沉量小，避免了片幫冒頂事故。

加強(qiáng)綜采工作面機(jī)電設(shè)備的管理。強(qiáng)化檢修質(zhì)量，加強(qiáng)設(shè)備使用過(guò)程中的維護(hù)和保養(yǎng)，標(biāo)準(zhǔn)操作，保證運(yùn)輸系統(tǒng)包括膠帶輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、刮板輸送機(jī)的狀態(tài)完好，能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)各轉(zhuǎn)載點(diǎn)的連續(xù)運(yùn)輸；保證采煤機(jī)檢修，能夠?qū)崿F(xiàn)順利的割煤，提高采煤機(jī)的開(kāi)機(jī)率；加強(qiáng)乳化液泵站及液壓系統(tǒng)的檢修質(zhì)量，使泵站運(yùn)行可靠，泵壓穩(wěn)定，達(dá)到額定的工作壓力，保證支架的初撐力，使采煤機(jī)割煤后液壓支架能及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，可以避免或減少片幫冒頂事故，從而可以保證工作面的工程質(zhì)量，可使生產(chǎn)連續(xù)、穩(wěn)定、均衡的進(jìn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)松藻礦區(qū)同華煤礦2316-1采面近期頂板管理和防煤壁片幫，有以下幾個(gè)方面值得總結(jié)和思考。

4.1 合理的采掘部署是礦井安全生產(chǎn)、可持續(xù)發(fā)展的根本。

4.2 相向回采工作面在走向布置和階段標(biāo)高控制的合理范圍必須結(jié)合采動(dòng)影響后礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)一步優(yōu)化論證。

4.3 支架的最大支撐高度要與煤層結(jié)構(gòu)和煤層變化情況相適應(yīng)，充分考慮地質(zhì)構(gòu)造帶來(lái)煤層增厚支護(hù)高度不夠的弱點(diǎn)。

4.4 支架活動(dòng)伸縮梁和護(hù)壁板設(shè)計(jì)聯(lián)合配套對(duì)“三軟”厚煤層防片幫大面積裸露頂板能進(jìn)行有效控制。

4.5 當(dāng)煤壁片幫寬度超過(guò)0.8m或頂板冒高超過(guò)0.5時(shí)，要立即停止作業(yè)，并有超前人工處理頂板和控制片幫的預(yù)見(jiàn)性，并及時(shí)針對(duì)性處理，切不可拖延或推遲處理。

4.6 高度重視設(shè)備維護(hù)檢修和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，從各方面強(qiáng)化操作質(zhì)量和工程質(zhì)量管理，從而達(dá)到安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

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為了減小刮板運(yùn)輸機(jī)和割煤機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中的下滑力，以及減小采空區(qū)垮落的矸石對(duì)液壓支架產(chǎn)生的向下推力，工作面往往采取仰斜開(kāi)采的形式，即工作面下出口超前上出口5～10m，由于仰斜開(kāi)采工作面煤壁產(chǎn)生自重垂直向下的作用力增大，從而較容易發(fā)生片幫冒頂事故。片幫滾落下來(lái)的煤矸極易傷人，人員不能及時(shí)進(jìn)入工作面采取有效控制煤壁片幫的措施，導(dǎo)致煤壁不斷片幫，工作面頂板懸露面積不斷擴(kuò)大，給頂板管理增加處理難度。

3 頂板控制主要技術(shù)措施

3.1 優(yōu)化采掘部署，合理布置回采工作面

合理的采掘部署，是煤礦安全高效生產(chǎn)的關(guān)鍵；加大各階段回采工作面布置控制范圍，有效降低采動(dòng)礦壓影響，確保采煤工作面在卸壓穩(wěn)定安全期布置；根據(jù)同華煤礦傾斜煤層下保護(hù)層采煤工作面回采情況資料收集，下保護(hù)層采煤工作面采動(dòng)卸壓穩(wěn)定期一般在3～5個(gè)月，礦壓穩(wěn)定范圍走向長(zhǎng)為150m，各階段標(biāo)高范圍為50m。因此加快階段開(kāi)拓巷道施工組織，加快保護(hù)層布置和開(kāi)采，拉大相鄰采面影響范圍，實(shí)施跨階段布置工作面，保證兩個(gè)相鄰回采工作面超前一個(gè)階段條帶布置；取消相鄰工作面相向回采布置方式，跨階段相鄰工作面推進(jìn)超前距大于300m，緩減上部被保護(hù)層礦山壓力，防止礦山超前壓力造成“三軟”煤層片幫，頂板暴露垮塌有積極作用。

3.2 提高支架的和撐力和工作阻力

從控制理論講，支架初撐力大，能夠預(yù)先控制頂板，既有利于防止直接頂離層，又有利于支架的穩(wěn)定?？煽s量大、阻力可靠則可以緩沖老頂?shù)膲毫?，能夠按設(shè)計(jì)要求，可靠地保證對(duì)頂板的控制。

首先盡可能提高泵站的供液能力或選擇高壓泵站的供液系統(tǒng)，盡量減少液壓系統(tǒng)的跑、冒、滴、漏現(xiàn)象和工作面液壓系統(tǒng)的竄液?jiǎn)栴}。生產(chǎn)中把乳化液泵站換為XRB2B-350/80乳化液泵站，從而大大減少了片幫冒頂事故的發(fā)生。

正確操作支架，在移架升柱后，不要立即把升柱手把打回零位，以提高初撐力。充分利用支架的初撐力，及時(shí)有效地支護(hù)頂板。帶壓移架，移架時(shí)降柱高度控制在100 mm以下，擦頂前移（或用單體幫架前移），支架升柱后，操作手把延時(shí)回零，以提高實(shí)際初撐力；發(fā)揮支架回轉(zhuǎn)千斤頂?shù)淖饔茫３种Ъ茼斄禾幱诮綘顟B(tài)，梁端略高于梁尾，防止向煤壁竄矸；靈活操作，及時(shí)支護(hù)，一般移架滯后于采煤機(jī)滾筒不大于5架，不少于3架，否則應(yīng)停機(jī)移架；對(duì)于頂板冒落高度>500 mm的，應(yīng)及時(shí)在頂梁上架設(shè)木料絞頂，防止冒頂?shù)睦^續(xù)發(fā)展。

3.3 減少機(jī)道無(wú)支護(hù)空頂時(shí)間，預(yù)防機(jī)道上方頂板長(zhǎng)時(shí)暴露垮落

采煤機(jī)過(guò)后到移架需要10-15m的滯后距離（因先推溜后移架），采煤機(jī)滾筒切深為600mm，在此范圍內(nèi)，支架頂梁梁端到煤壁的寬度為600mm，如果空頂斜長(zhǎng)在30m，就是近20平方米的空頂面積，采煤機(jī)割煤后得不到及時(shí)支護(hù)，煤壁和機(jī)道空頂范圍內(nèi)的頂板就會(huì)大面積暴露，造成架前冒頂現(xiàn)象。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們根據(jù)鄰近礦井改進(jìn)型支架特點(diǎn)，提出將工作面支架頂梁前端護(hù)壁板和伸縮梁聯(lián)合利用，確保當(dāng)采煤機(jī)前滾筒過(guò)后，立即把伸縮梁伸出及時(shí)支護(hù)頂板，防止了機(jī)道空頂范圍內(nèi)的頂板大量垮落，徹底杜絕了架前冒頂。正常稱(chēng)架時(shí)作為護(hù)壁板直接伸到煤壁，頂住煤壁上部煤體，給煤壁一個(gè)推力，防止煤壁上部煤體的脫落，起到了防止煤壁片幫的作用。伸縮護(hù)壁板不但起到及時(shí)支護(hù)的作用，而且在防止煤壁片幫也發(fā)揮了很好的作用。煤壁片幫的范圍得到了有效控制。減少了大量的人工支護(hù)工作量，而且節(jié)約了大量的坑木，并且減少了人員的人身傷亡。

3.4 輔助帶壓移架，減少頂板的反復(fù)支撐破壞頻率

因“三軟”煤層支架陷底的原因，移架時(shí)不能一次前移600mm的距離，每次只能移300-400mm，移架時(shí)需要反復(fù)降架-移架-升架的操作，造成頂板反復(fù)支撐，使支架上方頂板位移速度加劇。正常下部移一架需要3-5分鐘的時(shí)間，由于部分地段頂板巖石松散易冒落，每班推溜拉架占總有效時(shí)間的1/2左右，是制約工作面正常推進(jìn)的主要原因。為此我們采取了輔助帶壓移架措施，采用2.5m長(zhǎng)單體支柱支撐在液壓支架頂梁下方并用小繩徑鋼繩固定單位支柱，把拉架手柄放到拉架位置，再將陷底支架底座提離工作面底板巖層100-150mm的高度，當(dāng)支架開(kāi)始前移時(shí)停止降柱，一次性將支架拉到位，雖然拉架過(guò)程輔助工作時(shí)間耽誤較長(zhǎng)，但整個(gè)移架過(guò)程支架頂梁始終保持支撐位置，起到了帶壓移架的目的，頂板破壞程度大幅降低，達(dá)到了預(yù)想效果。

3.5 垂直工作面煤壁超前架梁護(hù)頂

當(dāng)工作面發(fā)生大面積片幫冒頂且己出現(xiàn)空頂時(shí)，必須停止工作面采煤機(jī)和輸送機(jī)，等冒頂區(qū)頂板穩(wěn)定后，根據(jù)片幫的寬度，選用直徑200 mm以上的木料和長(zhǎng)度為2.4m的9#工字鋼梁，沿走向?qū)⑵湟欢舜钤谥Ъ茼斄簧?，搭接長(zhǎng)度應(yīng)不小于300 mm，另一端用2.5m單體液壓支柱支撐，每個(gè)支架上搭兩根，支護(hù)鋼梁間距0.7～0.8 m，并嚴(yán)格按“一架二梁，一梁二柱”組織實(shí)施，用木料接實(shí)頂板。

處理片幫工作必須是嚴(yán)格采用從上往下逐架進(jìn)行，及時(shí)打好工作面煤壁的貼幫支柱，并采用木料和竹笆片背護(hù)煤壁，在處理過(guò)程要有專(zhuān)人負(fù)責(zé)觀察頂板，嚴(yán)防“二次片幫”，嚴(yán)格措施規(guī)定要求，保證施工工程質(zhì)量，確保人員撤退安全。

3.6 改進(jìn)綜采生產(chǎn)工藝和操作技術(shù)，加強(qiáng)工程及設(shè)備管理

要防止采高超過(guò)設(shè)計(jì)要求。因設(shè)計(jì)的采高是綜合地質(zhì)，礦壓等多方面因素而制定的，如果采高超過(guò)設(shè)計(jì)要求，就會(huì)有特殊情況發(fā)生，如支架初撐力選不到規(guī)定要求而接頂不嚴(yán)密，造成頂板離層，在動(dòng)態(tài)應(yīng)力的影響下造成煤壁片幫，導(dǎo)致端面距增大，頂板懸露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而造成冒頂?shù)痊F(xiàn)象的發(fā)生。

當(dāng)頂板及煤體破碎時(shí)，減少采煤機(jī)的一次進(jìn)刀量，以提高牽引速度，實(shí)行淺截快跑。提高采煤機(jī)的截割速度，就可以縮短工作面生產(chǎn)的循環(huán)時(shí)間，盡量減少了機(jī)道頂板裸露的面積和時(shí)間。頂板裸露的面積和時(shí)間對(duì)頂板端面破碎起著制約因素，而工作面機(jī)道頂板裸露面積的大小和時(shí)間很大程度上取決于滾筒的截深及采煤機(jī)的牽引速度。因此，在實(shí)踐中要根據(jù)適合采場(chǎng)的地質(zhì)條件及生產(chǎn)條件選擇合理的截深和速度，減少頂板的裸露面積和時(shí)間。這樣，可以充分利用超前壓力落煤，使機(jī)組負(fù)荷減小，運(yùn)行穩(wěn)定，速度快，使頂板壓力顯現(xiàn)較均衡，頂板下沉量小，避免了片幫冒頂事故。

加強(qiáng)綜采工作面機(jī)電設(shè)備的管理。強(qiáng)化檢修質(zhì)量，加強(qiáng)設(shè)備使用過(guò)程中的維護(hù)和保養(yǎng)，標(biāo)準(zhǔn)操作，保證運(yùn)輸系統(tǒng)包括膠帶輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、刮板輸送機(jī)的狀態(tài)完好，能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)各轉(zhuǎn)載點(diǎn)的連續(xù)運(yùn)輸；保證采煤機(jī)檢修，能夠?qū)崿F(xiàn)順利的割煤，提高采煤機(jī)的開(kāi)機(jī)率；加強(qiáng)乳化液泵站及液壓系統(tǒng)的檢修質(zhì)量，使泵站運(yùn)行可靠，泵壓穩(wěn)定，達(dá)到額定的工作壓力，保證支架的初撐力，使采煤機(jī)割煤后液壓支架能及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，可以避免或減少片幫冒頂事故，從而可以保證工作面的工程質(zhì)量，可使生產(chǎn)連續(xù)、穩(wěn)定、均衡的進(jìn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)松藻礦區(qū)同華煤礦2316-1采面近期頂板管理和防煤壁片幫，有以下幾個(gè)方面值得總結(jié)和思考。

4.1 合理的采掘部署是礦井安全生產(chǎn)、可持續(xù)發(fā)展的根本。

4.2 相向回采工作面在走向布置和階段標(biāo)高控制的合理范圍必須結(jié)合采動(dòng)影響后礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)一步優(yōu)化論證。

4.3 支架的最大支撐高度要與煤層結(jié)構(gòu)和煤層變化情況相適應(yīng)，充分考慮地質(zhì)構(gòu)造帶來(lái)煤層增厚支護(hù)高度不夠的弱點(diǎn)。

4.4 支架活動(dòng)伸縮梁和護(hù)壁板設(shè)計(jì)聯(lián)合配套對(duì)“三軟”厚煤層防片幫大面積裸露頂板能進(jìn)行有效控制。

4.5 當(dāng)煤壁片幫寬度超過(guò)0.8m或頂板冒高超過(guò)0.5時(shí)，要立即停止作業(yè)，并有超前人工處理頂板和控制片幫的預(yù)見(jiàn)性，并及時(shí)針對(duì)性處理，切不可拖延或推遲處理。

4.6 高度重視設(shè)備維護(hù)檢修和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，從各方面強(qiáng)化操作質(zhì)量和工程質(zhì)量管理，從而達(dá)到安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]孟憲銳等.難采煤層的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)與定量化研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，2000（08）：11-13.

[2]王海東，張永吉.軟巖巷道的支護(hù)機(jī)理及應(yīng)用[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（4）25-28.

[3]郭中華，等.三軟煤層巷道聯(lián)合支護(hù)技術(shù)[J].中州煤炭，2011（05）：41-42.

[4]蔣志剛.厚頂煤大跨度開(kāi)切眼錨桿錨索支護(hù)技術(shù)[J].煤礦安全，2012（12）：36-37.endprint

為了減小刮板運(yùn)輸機(jī)和割煤機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中的下滑力，以及減小采空區(qū)垮落的矸石對(duì)液壓支架產(chǎn)生的向下推力，工作面往往采取仰斜開(kāi)采的形式，即工作面下出口超前上出口5～10m，由于仰斜開(kāi)采工作面煤壁產(chǎn)生自重垂直向下的作用力增大，從而較容易發(fā)生片幫冒頂事故。片幫滾落下來(lái)的煤矸極易傷人，人員不能及時(shí)進(jìn)入工作面采取有效控制煤壁片幫的措施，導(dǎo)致煤壁不斷片幫，工作面頂板懸露面積不斷擴(kuò)大，給頂板管理增加處理難度。

3 頂板控制主要技術(shù)措施

3.1 優(yōu)化采掘部署，合理布置回采工作面

合理的采掘部署，是煤礦安全高效生產(chǎn)的關(guān)鍵；加大各階段回采工作面布置控制范圍，有效降低采動(dòng)礦壓影響，確保采煤工作面在卸壓穩(wěn)定安全期布置；根據(jù)同華煤礦傾斜煤層下保護(hù)層采煤工作面回采情況資料收集，下保護(hù)層采煤工作面采動(dòng)卸壓穩(wěn)定期一般在3～5個(gè)月，礦壓穩(wěn)定范圍走向長(zhǎng)為150m，各階段標(biāo)高范圍為50m。因此加快階段開(kāi)拓巷道施工組織，加快保護(hù)層布置和開(kāi)采，拉大相鄰采面影響范圍，實(shí)施跨階段布置工作面，保證兩個(gè)相鄰回采工作面超前一個(gè)階段條帶布置；取消相鄰工作面相向回采布置方式，跨階段相鄰工作面推進(jìn)超前距大于300m，緩減上部被保護(hù)層礦山壓力，防止礦山超前壓力造成“三軟”煤層片幫，頂板暴露垮塌有積極作用。

3.2 提高支架的和撐力和工作阻力

從控制理論講，支架初撐力大，能夠預(yù)先控制頂板，既有利于防止直接頂離層，又有利于支架的穩(wěn)定?？煽s量大、阻力可靠則可以緩沖老頂?shù)膲毫?，能夠按設(shè)計(jì)要求，可靠地保證對(duì)頂板的控制。

首先盡可能提高泵站的供液能力或選擇高壓泵站的供液系統(tǒng)，盡量減少液壓系統(tǒng)的跑、冒、滴、漏現(xiàn)象和工作面液壓系統(tǒng)的竄液?jiǎn)栴}。生產(chǎn)中把乳化液泵站換為XRB2B-350/80乳化液泵站，從而大大減少了片幫冒頂事故的發(fā)生。

正確操作支架，在移架升柱后，不要立即把升柱手把打回零位，以提高初撐力。充分利用支架的初撐力，及時(shí)有效地支護(hù)頂板。帶壓移架，移架時(shí)降柱高度控制在100 mm以下，擦頂前移（或用單體幫架前移），支架升柱后，操作手把延時(shí)回零，以提高實(shí)際初撐力；發(fā)揮支架回轉(zhuǎn)千斤頂?shù)淖饔?，保持支架頂梁處于近水平狀態(tài)，梁端略高于梁尾，防止向煤壁竄矸；靈活操作，及時(shí)支護(hù)，一般移架滯后于采煤機(jī)滾筒不大于5架，不少于3架，否則應(yīng)停機(jī)移架；對(duì)于頂板冒落高度>500 mm的，應(yīng)及時(shí)在頂梁上架設(shè)木料絞頂，防止冒頂?shù)睦^續(xù)發(fā)展。

3.3 減少機(jī)道無(wú)支護(hù)空頂時(shí)間，預(yù)防機(jī)道上方頂板長(zhǎng)時(shí)暴露垮落

采煤機(jī)過(guò)后到移架需要10-15m的滯后距離（因先推溜后移架），采煤機(jī)滾筒切深為600mm，在此范圍內(nèi)，支架頂梁梁端到煤壁的寬度為600mm，如果空頂斜長(zhǎng)在30m，就是近20平方米的空頂面積，采煤機(jī)割煤后得不到及時(shí)支護(hù)，煤壁和機(jī)道空頂范圍內(nèi)的頂板就會(huì)大面積暴露，造成架前冒頂現(xiàn)象。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們根據(jù)鄰近礦井改進(jìn)型支架特點(diǎn)，提出將工作面支架頂梁前端護(hù)壁板和伸縮梁聯(lián)合利用，確保當(dāng)采煤機(jī)前滾筒過(guò)后，立即把伸縮梁伸出及時(shí)支護(hù)頂板，防止了機(jī)道空頂范圍內(nèi)的頂板大量垮落，徹底杜絕了架前冒頂。正常稱(chēng)架時(shí)作為護(hù)壁板直接伸到煤壁，頂住煤壁上部煤體，給煤壁一個(gè)推力，防止煤壁上部煤體的脫落，起到了防止煤壁片幫的作用。伸縮護(hù)壁板不但起到及時(shí)支護(hù)的作用，而且在防止煤壁片幫也發(fā)揮了很好的作用。煤壁片幫的范圍得到了有效控制。減少了大量的人工支護(hù)工作量，而且節(jié)約了大量的坑木，并且減少了人員的人身傷亡。

3.4 輔助帶壓移架，減少頂板的反復(fù)支撐破壞頻率

因“三軟”煤層支架陷底的原因，移架時(shí)不能一次前移600mm的距離，每次只能移300-400mm，移架時(shí)需要反復(fù)降架-移架-升架的操作，造成頂板反復(fù)支撐，使支架上方頂板位移速度加劇。正常下部移一架需要3-5分鐘的時(shí)間，由于部分地段頂板巖石松散易冒落，每班推溜拉架占總有效時(shí)間的1/2左右，是制約工作面正常推進(jìn)的主要原因。為此我們采取了輔助帶壓移架措施，采用2.5m長(zhǎng)單體支柱支撐在液壓支架頂梁下方并用小繩徑鋼繩固定單位支柱，把拉架手柄放到拉架位置，再將陷底支架底座提離工作面底板巖層100-150mm的高度，當(dāng)支架開(kāi)始前移時(shí)停止降柱，一次性將支架拉到位，雖然拉架過(guò)程輔助工作時(shí)間耽誤較長(zhǎng)，但整個(gè)移架過(guò)程支架頂梁始終保持支撐位置，起到了帶壓移架的目的，頂板破壞程度大幅降低，達(dá)到了預(yù)想效果。

3.5 垂直工作面煤壁超前架梁護(hù)頂

當(dāng)工作面發(fā)生大面積片幫冒頂且己出現(xiàn)空頂時(shí)，必須停止工作面采煤機(jī)和輸送機(jī)，等冒頂區(qū)頂板穩(wěn)定后，根據(jù)片幫的寬度，選用直徑200 mm以上的木料和長(zhǎng)度為2.4m的9#工字鋼梁，沿走向?qū)⑵湟欢舜钤谥Ъ茼斄簧?，搭接長(zhǎng)度應(yīng)不小于300 mm，另一端用2.5m單體液壓支柱支撐，每個(gè)支架上搭兩根，支護(hù)鋼梁間距0.7～0.8 m，并嚴(yán)格按“一架二梁，一梁二柱”組織實(shí)施，用木料接實(shí)頂板。

處理片幫工作必須是嚴(yán)格采用從上往下逐架進(jìn)行，及時(shí)打好工作面煤壁的貼幫支柱，并采用木料和竹笆片背護(hù)煤壁，在處理過(guò)程要有專(zhuān)人負(fù)責(zé)觀察頂板，嚴(yán)防“二次片幫”，嚴(yán)格措施規(guī)定要求，保證施工工程質(zhì)量，確保人員撤退安全。

3.6 改進(jìn)綜采生產(chǎn)工藝和操作技術(shù)，加強(qiáng)工程及設(shè)備管理

要防止采高超過(guò)設(shè)計(jì)要求。因設(shè)計(jì)的采高是綜合地質(zhì)，礦壓等多方面因素而制定的，如果采高超過(guò)設(shè)計(jì)要求，就會(huì)有特殊情況發(fā)生，如支架初撐力選不到規(guī)定要求而接頂不嚴(yán)密，造成頂板離層，在動(dòng)態(tài)應(yīng)力的影響下造成煤壁片幫，導(dǎo)致端面距增大，頂板懸露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而造成冒頂?shù)痊F(xiàn)象的發(fā)生。

當(dāng)頂板及煤體破碎時(shí)，減少采煤機(jī)的一次進(jìn)刀量，以提高牽引速度，實(shí)行淺截快跑。提高采煤機(jī)的截割速度，就可以縮短工作面生產(chǎn)的循環(huán)時(shí)間，盡量減少了機(jī)道頂板裸露的面積和時(shí)間。頂板裸露的面積和時(shí)間對(duì)頂板端面破碎起著制約因素，而工作面機(jī)道頂板裸露面積的大小和時(shí)間很大程度上取決于滾筒的截深及采煤機(jī)的牽引速度。因此，在實(shí)踐中要根據(jù)適合采場(chǎng)的地質(zhì)條件及生產(chǎn)條件選擇合理的截深和速度，減少頂板的裸露面積和時(shí)間。這樣，可以充分利用超前壓力落煤，使機(jī)組負(fù)荷減小，運(yùn)行穩(wěn)定，速度快，使頂板壓力顯現(xiàn)較均衡，頂板下沉量小，避免了片幫冒頂事故。

加強(qiáng)綜采工作面機(jī)電設(shè)備的管理。強(qiáng)化檢修質(zhì)量，加強(qiáng)設(shè)備使用過(guò)程中的維護(hù)和保養(yǎng)，標(biāo)準(zhǔn)操作，保證運(yùn)輸系統(tǒng)包括膠帶輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、刮板輸送機(jī)的狀態(tài)完好，能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)各轉(zhuǎn)載點(diǎn)的連續(xù)運(yùn)輸；保證采煤機(jī)檢修，能夠?qū)崿F(xiàn)順利的割煤，提高采煤機(jī)的開(kāi)機(jī)率；加強(qiáng)乳化液泵站及液壓系統(tǒng)的檢修質(zhì)量，使泵站運(yùn)行可靠，泵壓穩(wěn)定，達(dá)到額定的工作壓力，保證支架的初撐力，使采煤機(jī)割煤后液壓支架能及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，可以避免或減少片幫冒頂事故，從而可以保證工作面的工程質(zhì)量，可使生產(chǎn)連續(xù)、穩(wěn)定、均衡的進(jìn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)松藻礦區(qū)同華煤礦2316-1采面近期頂板管理和防煤壁片幫，有以下幾個(gè)方面值得總結(jié)和思考。

4.1 合理的采掘部署是礦井安全生產(chǎn)、可持續(xù)發(fā)展的根本。

4.2 相向回采工作面在走向布置和階段標(biāo)高控制的合理范圍必須結(jié)合采動(dòng)影響后礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)一步優(yōu)化論證。

4.3 支架的最大支撐高度要與煤層結(jié)構(gòu)和煤層變化情況相適應(yīng)，充分考慮地質(zhì)構(gòu)造帶來(lái)煤層增厚支護(hù)高度不夠的弱點(diǎn)。

4.4 支架活動(dòng)伸縮梁和護(hù)壁板設(shè)計(jì)聯(lián)合配套對(duì)“三軟”厚煤層防片幫大面積裸露頂板能進(jìn)行有效控制。

4.5 當(dāng)煤壁片幫寬度超過(guò)0.8m或頂板冒高超過(guò)0.5時(shí)，要立即停止作業(yè)，并有超前人工處理頂板和控制片幫的預(yù)見(jiàn)性，并及時(shí)針對(duì)性處理，切不可拖延或推遲處理。

4.6 高度重視設(shè)備維護(hù)檢修和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，從各方面強(qiáng)化操作質(zhì)量和工程質(zhì)量管理，從而達(dá)到安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]孟憲銳等.難采煤層的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)與定量化研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，2000（08）：11-13.

[2]王海東，張永吉.軟巖巷道的支護(hù)機(jī)理及應(yīng)用[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（4）25-28.

[3]郭中華，等.三軟煤層巷道聯(lián)合支護(hù)技術(shù)[J].中州煤炭，2011（05）：41-42.

[4]蔣志剛.厚頂煤大跨度開(kāi)切眼錨桿錨索支護(hù)技術(shù)[J].煤礦安全，2012（12）：36-37.endprint