淺談采煤工作面破碎頂板綜合控頂措施

王云露+霍五強+王建軍+蘇陽陽

（山西省蘭花集團伯方煤礦 山西高平 048400）

摘 要：煤礦工作面破碎頂板綜合控頂工作是保證煤礦安全生產(chǎn)的重要內(nèi)容，破碎頂板對煤礦生產(chǎn)的安全威脅較大。本文將重點對工作面出現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造等問題出現(xiàn)頂板破碎時進行綜合控頂技術(shù)進行分析，采取合理有效的措施，保證煤礦安全。

關(guān)鍵詞：采煤工作面；破碎頂板；綜合控頂；措施

煤礦工作面破碎頂板嚴重威脅煤礦生產(chǎn)安全，是煤礦研究中的主要問題之一。本文將重點對一處煤礦破碎頂板問題進行分析，對工作面綜合控頂措施進行針對性的分析。

1 概況

該煤礦整體地形條件受到區(qū)域性地質(zhì)構(gòu)造作用影響較大，大范圍地形比較簡單，地勢起伏較小。井田構(gòu)造復雜程度屬于中等偏大，存在一定數(shù)量的小型斷層和褶皺，小撓曲發(fā)育程度高。

礦井主要采集的為3號煤層，煤厚3.78～6.10m，平均厚5.31m，結(jié)構(gòu)簡單-復雜，含夾矸0-3層，頂板巖性為厚層灰黑色的粉砂巖，底板為黑色灰色粉砂巖。采煤工作面受到地質(zhì)條件的影響明顯，目前條件下大部分工作均揭露出斷層結(jié)構(gòu)，容易出現(xiàn)冒落等問題，影響正?；夭晒ぷ鏖_展。本煤礦為高瓦斯突出礦井（無瓦斯突出情況），斷層和褶曲結(jié)構(gòu)瓦斯賦存異常，如果沒有良好的控制工作面頂板將會造成大規(guī)模的冒頂事故出現(xiàn)，影響礦井安全生產(chǎn)。

在處理時采用單一走向長壁綜采放頂煤，使其自然垮落來處理頂板。在工作面位置采用液壓（支架）輔助頂板控制，在兩個順槽位置使用單體液壓支柱加強整體支護效果。

2 影響工作面破碎頂板控制的條件

2.1 地質(zhì)構(gòu)造

煤層和圍巖周圍的巖體強度是質(zhì)地構(gòu)造需要考慮的重要因素，此外還包括節(jié)理類型、裂隙發(fā)育情況、斷層分布等問題。隨著工作面開采不斷推進，煤礦周圍巖體的應力穩(wěn)定性受到破壞，原本施加于上部頂板巖層的應力轉(zhuǎn)移釋放，如果巖層的強度不夠，則容易導致頂板破碎。如果巖層節(jié)理和裂隙發(fā)育，在受到額外的應力作用后將會導致巖層發(fā)生破碎和冒落，冒落后由于本身的分散應力形成應力集中，仍然容易出現(xiàn)安全問題。如果該位置工作面斷層褶曲發(fā)育，則構(gòu)造帶周圍的巖石破碎，非常容易引發(fā)頂板冒落。

2.2 支架初撐力和支護狀態(tài)

在工作面回采過程中，由于地下環(huán)境復雜等因素，本身支架移動之后穩(wěn)定下降，達不到原本的初撐力，難以保證對頂板有效支撐，可能出現(xiàn)頂板破碎事故。礦區(qū)本身地質(zhì)條件相對復雜，工作面整體的起伏角度大，一旦偽傾角掌握不足，工作面輸送機便會上下移動，支架難以垂直，相鄰支架之間呈現(xiàn)臺階錯位，不能形成平面支撐效果，降低支護質(zhì)量。支架歪斜會導致頂梁和頂板接觸不佳，支護面積變小，加劇頂板破碎發(fā)生。

2.3 支架端面距

工作面在向前推進時本身支架會受到頂板破碎和傾角變化影響，出現(xiàn)歪斜、咬架的問題，支護效果難以保證。仰采時工作面提刀幅度如果過大，將會導致支架向后仰過過多，端面距增加。如果煤層相對松軟，則端面距會進一步增加，相對控制頂板更難。

2.4 推進速度

工作面的頂板控制工作與推進速度也存在一定的關(guān)系。如果工作面推進速度較快，整體應力變化時間較短，受到周期來壓的影響較小，因此相對控制效果比較好；如果推進速度較慢，那么周期來壓相對較大，壓力會向前移動至工作面出，導致煤壁片幫，支架的端面距增加，同時頂板受力破碎，增加頂板控制難度，導致工作面的推進速度越來越慢，降低生產(chǎn)效率。

3 采煤工作面破碎頂板綜合控制措施

3.1 優(yōu)化工作面設計工作

根據(jù)實際地質(zhì)條件的調(diào)查應當盡可能減少觸及存在褶曲構(gòu)造較大的位置，分散褶曲位置的煤層由兩個工作面完成。

當巷道掘進時，如果發(fā)現(xiàn)斷層和構(gòu)造帶時，應當及時的調(diào)整施工角度，巷道坡度越大則頂板破碎管理難度越大；在巷道行進時應當盡量保證順平或者按照一個方向前進，避免出現(xiàn)彎曲或者變向，特別是頂板位置，如果出現(xiàn)變向?qū)苯訉е略撐恢眯纬蓱?，導致問題的出現(xiàn)。

3.2 確保支架支護強度

在移動支架完成后，應當升高支架，使其仍然保持初撐力效果。在移動時，首先啟動千斤頂，逐步的對其進行卸載，保證支架頂梁和頂板之間存有支撐阻力，設備帶壓前進，在一定程度上控制頂板下沉量和破碎程度。

破碎頂板位置可以前期準備好金屬網(wǎng)進行鋪設安裝，從而降低頂板冒落造成的危害；同時沿著工作面的傾向位置安置工字鋼，避免支架錯茬導致支架頂梁不齊，提升支護質(zhì)量。

3.3 提升推進速度

制定合理的推進速度，制定相應的推進速度計劃，工作面每月推進量大于50m。在推進工作面，應當在合理范圍內(nèi)適當加快推進速度，避免慢速推進，降低由于壓力前移作用導致的頂板破碎問題。

3.4 施工超前管棚

工作面頂板破碎、煤壁不片幫時，可以實行在工作面內(nèi)煤壁肩窩搭建施工超前管棚，然后結(jié)合金屬網(wǎng)形成維護效果，在拉動支架時需要控制高度來保證前梁能夠托起管棚。如果煤壁片幫較大時，不僅需要鋪設金屬網(wǎng)來保護，同時還要沿傾向線設計工字鋼，在下部設置貼幫柱。如果片幫過于嚴重或者已經(jīng)出現(xiàn)大面積冒頂時則不適用超前管棚。

3.5 注入加固材料

如果頂板過于松散，可以提前注漿將松散的煤巖體形成統(tǒng)一的整體，具備一定的承載能力。通過注入高強度的漿液可以對煤巖體內(nèi)的裂隙進行填充，形成具有高強度的構(gòu)架，提升煤巖體內(nèi)部的粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角，從而有效的提升巖體的強度，從而利用提升的承載力實現(xiàn)主動支護。

在注漿時應當提前進行，保證完成在頂板固化之前，注漿范圍控制在煤壁3m以外。在注漿時應當根據(jù)工作面的實際情況和頂板情況，確定注漿參數(shù)。在固化操作時應當實時掌握頂煤厚度和周期來壓情況，以此為依據(jù)調(diào)節(jié)注漿量。

4 結(jié)束語

采煤工作面破碎頂板對于煤礦的安全生產(chǎn)具有重大影響，如果沒有良好的進行控制將會導致重大的安全事故。在綜合控頂措施制定時應當以預防為主，加快推進速度，保證支護強度能夠達到要求。當出現(xiàn)相應構(gòu)造問題時，應當及時的采取上述措施來提升頂板的強度，保證工作面正常生產(chǎn)。在實際生產(chǎn)過程中，應當實時關(guān)注工作面的變化，制定針對性強的措施來保證頂板控制效果，保障安全生產(chǎn)工作開展。

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