大傾角“三軟”煤層炮采工作面頂板事故的原因分析及對(duì)策

王云河

摘 要：代池壩煤礦所賦煤層傾角較大，一般在38°-55°之間，其中9號(hào)煤層頂?shù)装遢^軟，在頂板管理、礦壓顯現(xiàn)規(guī)律等方面都具有一定的特性。本文通過對(duì)大傾角軟頂軟底煤層炮采工作面頂板事故的類型、礦壓顯現(xiàn)特征，以及頂板事故原因等進(jìn)行分析，總結(jié)了工作面頂板事故的活動(dòng)規(guī)律，提出了有效防治的方法。

關(guān)鍵詞：軟頂軟底；工作面；事故；對(duì)策

中圖分類號(hào)：TD355.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）01-0161-02

1 引言

在頂軟、底軟、煤軟的“三軟”條件下，煤層傾角大于35°的炮采工作面，開采時(shí)在生產(chǎn)管理與安全管理上存在較大的難度。首先是由于煤壁易片幫，頂板破碎、斷裂，易漏頂，導(dǎo)致沖倒支柱，老塘竄矸等事故。其次是支柱易鉆底，其初撐力和工作阻力偏小，支柱穩(wěn)定性差，易造成推墩。另外工人操作難度加大，作業(yè)時(shí)間增長(zhǎng)，因此，三軟炮采工作面頂板防治成為亟待解決的問題。

2 地質(zhì)特征

代池壩煤礦3966炮采工作面位于306采區(qū)+320～+391m區(qū)段石門以東9#-1煤層中，上部的3964工作面已回采完畢，西部的3965工作面未布置，采用俯偽斜走向長(zhǎng)壁分段密集采煤法開采。該面9#-1煤層為單斜構(gòu)造，直接頂板層理發(fā)育，底板巖層松軟，含大量透鏡體。直接頂為灰黑色薄層狀泥巖，厚0.5m，普氏硬度3.5；直接底為灰黑色薄層狀泥巖夾煤線，厚3.0m，普氏硬度2.5，屬于典型的“三軟”煤層。

3966炮采工作面在回采過程中，由于頂?shù)装遢^軟，單體支柱鉆底嚴(yán)重，致使工作面支柱初撐力及工作阻力偏低，從而導(dǎo)致推墩事故常有發(fā)生，給安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重影響。

3 頂板事故類型

3.1 推垮型冒頂事故

這類事故通常發(fā)生于復(fù)合型直接頂條件下的采煤工作面，在頂板事故中占較大比重。其特點(diǎn)是：事故發(fā)生前，采煤工作面頂板壓力變化不大，頂?shù)装逡平吭鲩L(zhǎng)不大，頂板巖層之間存在明顯的弱面，粘結(jié)力差，在控頂區(qū)煤壁附近，直接頂中裂縫明顯可見。事故的發(fā)生多由采煤工序（如放炮、放頂）所致，造成煤壁附近的頂板破碎、斷裂、片幫等，隨之造成頂板沿傾斜方向滑動(dòng)，發(fā)生推垮事故[1]。

3.2 壓垮型冒頂事故

這類事故大多發(fā)生在工作面老頂初次來壓或周期來壓期間，約占冒頂事故的7%左右，次數(shù)雖然不多，但其造成的損失嚴(yán)重。其特點(diǎn)是：來壓前頂板穩(wěn)定，來壓時(shí)采煤工作面煤壁片幫加劇，頂板沿煤壁斷裂，呈臺(tái)階狀況急劇下沉，采空區(qū)懸頂?shù)粼е钪眲∠驴s、失穩(wěn)，最終釀成事故。

3.3 漏垮型冒頂事故

發(fā)生這類事故的工作面頂板巖層比較松散、破碎或由粘結(jié)性較差的再生頂板、偽頂?shù)冉M成。由于煤層傾角較大，未能及時(shí)、有效地控制住頂板，如工作面中某處發(fā)生局部漏頂或掉渣，則在頂板上部懸空后，就會(huì)因支架失穩(wěn)而發(fā)生冒頂事故。

3.4 沖垮型冒頂事故

這類事故大多數(shù)發(fā)生在頂板較堅(jiān)硬的大傾角采煤工作面。由于采空區(qū)懸頂較大或回柱放頂時(shí)，回柱后放下或冒落的大塊頂板巖石沿傾斜方向向下移動(dòng)，沖倒工作面支柱而釀成事故。

4 礦壓顯現(xiàn)特征及支護(hù)原則

4.1 礦壓顯現(xiàn)

炮采工作面回柱放頂后，垮落下來的矸石會(huì)沿煤層底板移動(dòng)下滑至工作面下部采空區(qū)內(nèi)，煤層傾角越大，矸石移動(dòng)下滑越明顯，采煤工作面下部采空區(qū)充填得就越充分，該處對(duì)直接頂?shù)闹巫饔镁驮綇?qiáng)。而工作面上部，因垮落矸石移動(dòng)下滑，形成大面積懸頂自由空間，該區(qū)域煤壁片幫、頂板下沉的現(xiàn)象將會(huì)變得更加明顯，因此要求采煤工作面支柱具有更高的穩(wěn)定性和承載能力。矸石對(duì)工作面頂板的支撐力由下而上逐漸變小，中部偏大，從而導(dǎo)致大傾角采煤工作面沿傾斜方向單體支柱的承載狀況的不均勻。一般來說，工作面上部支架承受的載荷最大，下部次之，中部最小。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，必須加強(qiáng)工作面中部的支護(hù)質(zhì)量。

4.2 支護(hù)原則

支護(hù)參數(shù)及支護(hù)形式滿足“護(hù)”“穩(wěn)”“控”三個(gè)方面的要求：（1）護(hù)：頂板管理采取支護(hù)相結(jié)合，以護(hù)為主的措施最大限度的消除片、抽、漏、冒事故。（2）穩(wěn)：使支柱有足夠的穩(wěn)定性，支護(hù)系統(tǒng)保持必要的剛度，支柱具有良好的增阻性能，杜絕推垮型事故的發(fā)生。（3）控：控制支柱鉆底量，控制頂板離層和底板下滑，使頂?shù)装逄幱诹己玫谋恢螤顟B(tài)。

5 事故原因

從發(fā)生事故的采煤工作面頂板狀況來看，支柱的初撐力與工作阻力偏低，控頂距過大是頂板事故的直接原因[2]。

5.1 支柱初撐力過低

通過對(duì)工作面礦壓觀測(cè)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析表明，工作面支柱的初撐力在45—80KN之間的約占70%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到單體液壓支柱的設(shè)計(jì)初撐力（90KN）的標(biāo)準(zhǔn)。究其原因，主要是支護(hù)系統(tǒng)的剛度不夠、注液時(shí)間短、工人操作不規(guī)范、煤層底板比較松軟、支柱鉆底嚴(yán)重等原因，是導(dǎo)致直接頂離層，釀成冒頂事故。

5.2 支柱工作阻力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求

據(jù)對(duì)工作面的礦壓觀測(cè)結(jié)果分析，支柱工作阻力在150KN以下的占65%左右，大于200KN的不足30%?？梢钥闯?，開采軟底軟頂煤層采煤工作面的支柱，大多處在低于設(shè)計(jì)工作阻力狀態(tài)。液壓支柱的初撐力對(duì)其工作阻力有直接影響，初撐力大于90KN的，其工作阻力均能達(dá)到額定工作阻力，而初撐力小于50KN的，基本上處于微增阻的工作狀態(tài)。另外，漏液也是導(dǎo)致單體支柱工作阻力與采煤工作面支護(hù)質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的重要原因。漏液與否主要取決于活柱的接觸面、活柱表面、柱筒，以及與三用閥的接觸面的維修保養(yǎng)狀況。

5.3 控頂距過大或頂板未得到及時(shí)支護(hù)

工作面控頂距過大或頂板未得到及時(shí)支護(hù)，可導(dǎo)致頂板下沉和直接頂過早離層，從而造成頂板破碎，直至冒頂。

6 防治措施endprint

3966工作面要做到安全開采，必須解決好以下兩個(gè)關(guān)鍵問題：一是要加強(qiáng)采煤工作面工程質(zhì)量管理，嚴(yán)格按照《回采作業(yè)規(guī)程》的支護(hù)設(shè)計(jì)與工藝要求進(jìn)行組織生產(chǎn)；二是要解決頂板管理方面的各種重大的技術(shù)難題，如因礦山壓力顯現(xiàn)特征的變化，工作面頂板管理如何適應(yīng)的問題；如何提高支護(hù)強(qiáng)度等問題[3]。

6.1 技術(shù)措施

（1）正確認(rèn)識(shí)所采煤層的頂板來壓規(guī)律，是預(yù)防工作面頂板事故的關(guān)鍵。如何保證支護(hù)體系在圍巖系統(tǒng)中充分發(fā)揮其作用，必須針對(duì)所開采煤層的地質(zhì)條件，來合理的進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)，是預(yù)防頂板事故的可靠手段。礦壓觀測(cè)結(jié)果表明，隨著煤層傾角的增大，支柱載荷變小，因此直接頂?shù)姆€(wěn)定性主要依靠其自承能力來維持。（2）對(duì)破碎松軟的直接頂，由于其自承能力較差，下滑趨勢(shì)明顯，所以在大傾角煤層采煤工作面中，除要求工作面支柱應(yīng)有足夠的工作阻力外，還應(yīng)具備有抵抗底板下滑的工作阻力。既要保證整個(gè)工作面的支護(hù)體系安全可靠，又要及時(shí)地加強(qiáng)局部地段的支護(hù)工作，以便有效地防止漏垮型頂板事故的發(fā)生，最終實(shí)現(xiàn)工作面整體的穩(wěn)定性和安全狀況。（3）對(duì)復(fù)合型頂板，要堅(jiān)持“支、護(hù)”并重的作法，盡可能避免直接頂過早離層。為有效地防止推垮型事故發(fā)生，提高支柱的初撐力尤為重要。對(duì)底板松軟的采煤工作面，支柱必須穿柱鞋，有效提高工作面支柱的支撐能力。

6.2 工程質(zhì)量管理

（1）要切實(shí)搞好采煤工作面支護(hù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)與頂板安全狀況評(píng)估工作，按《回采工作面作業(yè)規(guī)程》的支護(hù)設(shè)計(jì)與工藝要求進(jìn)行組織施工，不使用不合格的支柱和支護(hù)材料，以確保工作面工程質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。（2）嚴(yán)格爆破參數(shù)，裝藥量不宜過多，盡量減少炮震對(duì)頂板的破壞，確保合理的控頂距，加強(qiáng)二次注液，必須做到先支后回。（3）由于底板松軟，支柱易鉆底，在回收支柱前安排專人清收浮煤、浮矸，即可保證回收支柱方便，也可提高煤炭資源回收率。

6.3 特殊支護(hù)工作

（1）初次放頂、初次來壓、周期來壓期間，要加強(qiáng)特殊支護(hù)，打好雙排走向密集支柱，堆碼好矸石墊層，并認(rèn)真抓好工作面的初次放頂與收尾時(shí)的頂板與回柱放頂工作。（2）工作面嚴(yán)格采用單體液壓支柱配1.2m長(zhǎng)的鉸接頂梁支護(hù)，一梁二柱。分主副梁交替邁步前移，使煤壁端面距控制在有效范圍之內(nèi)，縮短了放炮后頂板的空頂時(shí)間。（3）工作面上段每間隔一個(gè)墩設(shè)置雙排分段走向密集控頂，頂板破碎地段縮小其柱排距。

參考文獻(xiàn)

[1]王孝勇，王發(fā)達(dá).“三軟”復(fù)雜煤層頂板支護(hù)實(shí)踐與頂板控制技術(shù)[J].山東煤炭科技，2005，（6）：44.

[2]王杰.“三軟”煤層頂板控制探析[J].中國科技縱橫，2014，（21）：182.

[3]陳海榮.漣邵一平硐礦“三軟”煤層開采支護(hù)技術(shù)的實(shí)踐[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2006，（4）：54-55.endprint