破碎頂板條件下的安全回采技術(shù)研究

高 帥

（山西西山煤電股份有限公司馬蘭礦，山西 古交 030205）

在煤礦開采過程中，經(jīng)常會遇到頂板破碎的特殊情況，破碎頂板極易造成煤壁片幫和頂板冒頂?shù)仁鹿?。因此，如何治理好破碎頂板，實現(xiàn)煤礦井下的安全回采，成為采礦工程技術(shù)人員急需解決的難題[1-2]。馬蘭礦12704 工作面開采煤層為二疊系下統(tǒng)山西組2 號煤層，工作面所使用的液壓支架為ZY3600-12/28 型。該支架設(shè)計時只有固定頂梁沒有護(hù)幫板，工作面正常推進(jìn)使用時可以解決頂板支護(hù)問題，而在工作面機(jī)頭、機(jī)尾三角區(qū)域處因前梁支護(hù)長度有限，不能有效支撐頂板，造成兩巷道與工作面交叉處經(jīng)常頂板破碎、片幫，嚴(yán)重時漏頂。破碎頂板維護(hù)特別費工費時，若維護(hù)不好，極有可能造成頂板事故[3-5]。所以，研究破碎頂板的破碎機(jī)理，尋找合適的有效控制破碎頂板的方法，對于煤礦企業(yè)極為重要。

1 工程概況

12704 工作面位于南七采區(qū)左翼，皮帶巷開口于南七2 號煤左翼集中皮帶巷，軌道巷Ι 段通過措施巷與南七02#煤左翼集中軌道巷連通。工作面對應(yīng)上方間隔3.0～5.5 m 為10702、10704 采空區(qū)，工作面西北側(cè)間隔40 m、68 m、90 m 分別為東二回風(fēng)大巷、南七集中皮帶巷、南七02 號煤、2 號煤右翼集中軌道，皮帶巷20～25 m、軌道巷Ι 段65～70 m，上部間隔4.5 m 為南七02 號煤左翼集中軌道巷，其他方位暫無工程。12704 工作面位置圖如圖1。

12704 工作面所掘進(jìn)煤層為二疊系下統(tǒng)山西組2 號煤，屬穩(wěn)定可采近水平中厚煤層，合并區(qū)2 號煤均厚 1.76 m，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤層結(jié)構(gòu)0.48（0.20）1.08。措施巷114 m、軌道巷Ι 段0～192 m 為1 號煤與2 號煤分岔區(qū)，夾矸厚度0.50～0.55 m。2 號煤平均煤厚1.1 m，結(jié)構(gòu)簡單。工作面的頂?shù)装迩闆r見表1。

圖1 12704 工作面位置圖

表1 煤層頂?shù)装迩闆r表

2 破碎頂板失穩(wěn)原因分析

（1）12704 工 作 面 措 施 巷 里 程0～10.6 m、31～192 m 上部間隔3.5～4.3 m 為10702 和10704 的采空區(qū)；皮帶巷里程56～484 m 上部間隔3.5～4.3 m為10702 采空區(qū)，切眼0～10 m、30.6～35.1 m 上部間隔2.1～4.3 m 為10702 采空區(qū)和空巷；12704 回風(fēng)聯(lián)巷0～17 m、53.7～58.3 m 及軌道巷Ⅰ段、Ⅱ切眼、軌道巷Ⅱ段0～160 m 上部間隔3.5～4.3 m 為10704采空區(qū)；10702 剩余采空積水3318 m3，累計疏放積水6.6 萬m3，剩余積水標(biāo)高895.2～898.5 m，10704皮帶巷積水601 m3，兩積水區(qū)距離切眼均在20 m以外。

（2）工作面所采煤層為二疊系下統(tǒng)山西組2號煤層，屬較穩(wěn)定可采近水平中厚煤層。軌道巷Ⅰ段、Ⅱ切眼、軌道巷Ⅱ段0～152 m 為1 號煤與2 號煤分岔區(qū)，分岔區(qū)1 號煤層厚度0.40～0.55 m，平均0.49 m，1 號和2 號煤夾矸0.55～0.75 m，平均0.62 m，2 號煤厚1.09～1.4 m，平均1.17 m；合并區(qū)2 號煤煤厚1.58～2.27 m，平均1.91 m，煤層結(jié)構(gòu)0.48（0.24）1.19。1 號、2 號煤普氏硬度2.5～3.0。2 號煤與上部02 號煤平均間隔2.1～4.3 m。

（3）工作面進(jìn)出采空區(qū)前后，圍巖壓力較大，同時由于2 號煤頂板粉砂質(zhì)泥巖破碎，對工作面支護(hù)管理影響較大。

（4）ZY3600-12/28 液壓支架對地質(zhì)條件變化適應(yīng)性差。在工作面地質(zhì)條件正常時，能實現(xiàn)安全支護(hù)和穩(wěn)產(chǎn)；在地質(zhì)條件發(fā)生變化，如遇頂板破碎，則不能有效地支護(hù)頂板和煤壁,造成支架前方空頂、煤壁側(cè)片幫，直接威脅工作面操作人員的人身安全和設(shè)備安全。煤壁側(cè)片幫，易造成壓死刮板運輸機(jī)，使設(shè)備事故增多,頂板支護(hù)難度大，致使采煤工作面產(chǎn)量大幅度下降。

（5）ZY3600-12/28 液壓支架設(shè)計時只有固定頂梁沒有護(hù)幫板，工作面正常推進(jìn)使用時可以有效支護(hù)頂板，而在工作面機(jī)頭、機(jī)尾三角區(qū)域處因前梁支護(hù)長度有限不能有效支撐頂板，造成兩巷道與工作面交叉處經(jīng)常頂板破碎，嚴(yán)重時漏頂，降低職工作業(yè)安全系數(shù)。

3 破碎頂板條件下的安全回采技術(shù)研究

（1）實行追機(jī)作業(yè)，拉架工采用帶壓移架法，同時打開降柱及移架手把，及時調(diào)整降柱手把，使破碎矸石滑向采空區(qū)，移架達(dá)到規(guī)定步距后立即升柱。

（2）如果頂板破碎，必須及時支護(hù)，即滯后采煤機(jī)前滾筒3～5 架，帶壓及時移架。

圖2 3600 支架片幫挑梁裝置

（3）工作面在回采期間發(fā)生滾幫導(dǎo)致梁端距大于340 mm 時，必須提前拉架。如超前拉出支架后空頂仍大于340 mm，必須在煤幫支設(shè)臨時點柱或在液壓支架上進(jìn)行上板梁支護(hù)。

（4）機(jī)道梁端至煤壁頂板冒落高度≤300 mm。

（5）工作面出現(xiàn)冒頂時，要及時用木料接頂，并升緊支架。

（6）設(shè)計加長挑梁，安設(shè)在工作面機(jī)頭、機(jī)尾與巷道交叉的支架前梁段。該裝置的使用能有效地控制三角區(qū)域頂板支護(hù)問題，如圖2。

4 應(yīng)用效果

（1）12704 工作面在使用支架挑梁后，能有效可靠地支護(hù)三角區(qū)域頂板，極大地降低了職工勞動

強(qiáng)度，提高了安全系數(shù)，減少了工作面機(jī)頭、機(jī)尾缺口三角區(qū)域維護(hù)時間，減少大量支護(hù)材料以及配件資金投入。

（2）防片幫挑梁增強(qiáng)了對破碎頂板、煤壁片幫的支護(hù)能力，穩(wěn)定性好。

（3）該支架一根4 m 鋼梁約790 元，加工一套挑梁裝置需要1 根，共計10 套，累計7900 元；而常規(guī)的三角區(qū)處理時，每四刀煤勾頂一架需4 根圓木，一根4 m 圓木約210 元，工作面共計10 架，需40 根圓木，整個工作面需要5000 根圓木，累計10.5 萬元。采用挑梁代替圓木勾頂，可以節(jié)約9.71萬元。

（4）ZY3600-12/28 液壓支架在增加了液壓支架片幫挑梁后，保證了工作面的安全回采，實現(xiàn)了礦井的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。