陳泓旭

（太原理工大學(xué)，山西 太原 030000）

紅柳煤礦是神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)鴛鴦湖礦區(qū)的主要礦井之一，井田面積79.55km2，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力8M/a，設(shè)計(jì)服務(wù)年限99a。目前實(shí)際生產(chǎn)能力6.5M/a，主要開(kāi)采2＃煤層，該煤層全區(qū)發(fā)育，大部可采，平均厚度4.91m。實(shí)踐表明工作面采高加大，煤壁更易片幫造成支架端面距加大，從而大大增加了工作面出現(xiàn)冒頂?shù)膸茁?，特別是像紅柳煤礦這樣頂板是以砂巖和泥巖為主的復(fù)合型頂板，遇水易變軟泥化，且煤層節(jié)理發(fā)育完全，在回采工程中片滑現(xiàn)象嚴(yán)重。一旦工作面冒頂，嚴(yán)重影響綜采效率的發(fā)揮，并且在處理冒頂時(shí)往往會(huì)對(duì)人身造成傷害。要確保煤礦生產(chǎn)安全，加強(qiáng)頂板管理是杜絕安全生產(chǎn)事故發(fā)生的關(guān)鍵。本文以I010202綜采工作面為例進(jìn)行分析，對(duì)大采高綜采工作面的頂板管理提出了一些措施和方法。

1 I010202綜采工作面地質(zhì)概況

I0102020綜采工作面所回采的2＃煤內(nèi)生裂隙較發(fā)育，部分裂隙被方解石和黃鐵礦充填，煤中常見(jiàn)黃鐵礦結(jié)核。平均真密度為1.42～1.49t/m3，平均視密度為1.31～1.36t/m3。煤為條帶狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造。宏觀煤巖成分以暗煤、亮煤為主，夾少量鏡煤條帶和絲炭薄層。為穩(wěn)定的厚煤層，煤層局部含一層厚度0.04m左右的夾矸。煤層沿走向及傾向均存在一定變化。煤層中節(jié)理發(fā)育，頂板巖石較破碎，煤壁易片幫、頂板易冒落。

煤層基本頂為粗砂巖，厚18.86m，灰白色，含石英小礫石，泥質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)程度較差，較松散，遇水振蕩或手捻可散；直接頂：細(xì)砂巖、泥巖，厚6.15m，灰白色、灰色、細(xì)粒砂巖和粉砂巖泥巖組成的復(fù)合型頂板，波狀層理，遇水變軟；偽頂為碳質(zhì)泥巖，厚度0.10m，灰黑色，薄層狀，遇水變軟，易脫落。直接底為粉砂巖，厚度4.26m，灰色，灰褐色，具斜層理，遇水變軟；老底為泥巖，厚度2.42m，灰色，薄層狀，中夾粉砂巖，成互層狀，見(jiàn)滑面。

2＃煤老頂?shù)闹绷_組下段粗砂巖孔隙裂隙含水層是影響本井田的主要含水層，工作面回采后該含水層的水會(huì)通過(guò)采動(dòng)裂隙涌入工作面采空區(qū)。預(yù)計(jì)工作面的正常涌水量為150m3/h，涌水量形式以老空涌水及工作面淋水為主，工作面下端頭段為重點(diǎn)出水區(qū)域，隨著工作面的推進(jìn)，周期性來(lái)壓，老頂將大面積垮落，導(dǎo)通離層水，最大涌水量850m3/h，不排除瞬時(shí)突水的可能性。

2 I010202綜采工作面概況

2.1 I010202綜采工作面主要技術(shù)參數(shù)

工作面走向長(zhǎng)1616.8m，傾斜長(zhǎng)305.5m，煤層厚4.5～6.1m，平均煤厚5.4m，傾角1°～15°，平均傾角8°，工作面大部處于馬家灘背斜軸部及兩翼，背斜東翼總體呈現(xiàn)由南向北傾斜的形態(tài)，西翼總體呈現(xiàn)由東向西傾斜的形態(tài)，煤巖層沿走向及傾向均有一定的起伏變化，對(duì)回采有一定影響。工作面開(kāi)采2＃煤一次采全高，仰斜開(kāi)采，采用走向長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化采煤方法，工作面沿頂留底推進(jìn)，正常采高5.0m，循環(huán)進(jìn)度0.865m。

2.2 巷道布置及特征

工作面為一進(jìn)一回布置，兩巷相互平行，東側(cè)的巷道做為回風(fēng)巷為拱形斷面采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，上凈寬2400mm，下凈寬4800mm，凈高3997mm；西側(cè)的巷道做為運(yùn)輸巷為異矩形斷面采用錨網(wǎng)索噴支護(hù)，凈寬5200mm，凈高3850mm。

2.3 設(shè)備配套情況

工作面采用上海天地生產(chǎn)的MG-900/2245-GWD采煤機(jī)，鄭州煤機(jī)廠生產(chǎn)的ZY10000/28/62D掩護(hù)式液壓支架，張家口煤機(jī)廠生產(chǎn)的SGZ1250/2565型刮板輸送機(jī) 、SZZ1350/525型轉(zhuǎn)載機(jī)和PCM525型錘式破碎機(jī)。ZY10000/28/62D掩護(hù)式液壓支架主要技術(shù)參數(shù)：支撐高度2.8m～6.2m；支護(hù)強(qiáng)度 1.03～1.06Mpa；最大工作阻力 10000KN。

2.4 工作面頂板來(lái)壓情況

通過(guò)對(duì)I010202綜采工作面回采期間頂板壓力觀測(cè)，直接頂初次來(lái)壓步距75m，直接頂?shù)谝淮蝸?lái)壓步距為65m，第二次來(lái)壓步距為62m，第三次來(lái)壓步距為58m，第四次來(lái)壓步距為56m，第五次來(lái)壓步距為53m，平均來(lái)壓步距為58m。

3 I010202工作面及運(yùn)輸巷回采過(guò)程中頂板情況

I010202綜采工作面風(fēng)、機(jī)兩巷平均推進(jìn)至785.5m，通過(guò)中部回撤通道時(shí)，下出口至運(yùn)輸巷頂板突然下沉，下沉段36m，運(yùn)輸巷高度降至2.6m，因壓力大，下端頭支架前梁低頭，擠壓至刮板運(yùn)輸機(jī)弧形檔煤板；工作面2＃到5＃支架前冒頂，最大冒落高度12m；67＃至78＃支架和93＃至97＃支架頂板冒頂，回撤通道南翼巷道鼓包變形；79＃至92＃支架段回撤通道頂板整體垮落。根據(jù)工作面現(xiàn)場(chǎng)情況，在運(yùn)輸巷先后采取了挑頂、起底、架設(shè)抬棚、增加密集帶帽點(diǎn)柱、打設(shè)錨索托梁，并在工作面注膠等方法通過(guò)頂板下沉、冒落區(qū)域。

4 頂板下沉、冒落原因分析

（1）煤層頂板為碳質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖松軟破碎，對(duì)于一次采全高的大采高工作面，更容易片幫，大范圍的片幫往往會(huì)造成大面積的空頂。片幫是誘發(fā)頂板冒落的重要因素。

（2）受工作面前方中部回撤通道壓力變化的影響，煤層、頂板在構(gòu)造應(yīng)力的作用下受擠壓破壞，表現(xiàn)為頂板離層、破碎、冒落。

（3）過(guò)中部回撤通道時(shí)，工作面一次性貫通回撤通道過(guò)長(zhǎng)，支架支護(hù)難度大，支護(hù)不及時(shí)極易造成冒頂。

（4）周期來(lái)壓顯現(xiàn)，受其影響，頂板易破碎、下沉，煤層節(jié)理大、片幫嚴(yán)重。

（5）下端頭前，運(yùn)輸巷內(nèi)巷道寬8m，高5m（原第二部皮帶機(jī)頭），斷面積過(guò)大，巷道頂板支護(hù)困難，整體下沉，影響工作面正常回采進(jìn)度，造成前方壓力集聚。

5 控制頂板下沉、冒落的方法

5.1 工作面頂板

（1）支架及時(shí)支護(hù)，提前采煤機(jī)前滾筒架收護(hù)幫板，割煤后距采煤機(jī)1～2架及時(shí)打護(hù)幫板，采用帶壓擦頂，超前移架的方式，以減少因采動(dòng)影響、煤壁片幫產(chǎn)生的大塊煤。保證支架初撐力達(dá)到規(guī)定的要求，控制頂板下沉量。

（2）支架盡量保持頂梁水平，避免出現(xiàn)低頭或高射炮現(xiàn)象，否則會(huì)造成支架切頂線前移，造成頂板在煤幫垮落，難以控制頂板。

（3）推移刮板輸送機(jī)、拉架要一次到位，盡量減少拉架頻次，減少拉架對(duì)頂板的破壞。

（4）嚴(yán)格控制工作面的采高和偽斜。將采高控制在4.5m以下，減少煤壁片幫對(duì)頂板壓力的影響，同時(shí)將偽斜控制在10～15m，避免偽斜過(guò)大對(duì)煤壁的影響。

（5）采用雙向割煤工藝，加快工作面推進(jìn)速度，減小了工作面頂板壓力的影響，縮短了頂板的空頂時(shí)間，為安全生產(chǎn)創(chuàng)造良好的條件。

（6）在工作面頂板破碎、冒落段注膠對(duì)頂板和煤壁進(jìn)行加固，防止冒落范圍擴(kuò)大。根據(jù)實(shí)際情況，確定注膠的眼孔深度、角度、眼距、布置位置。

5.2 下端頭及運(yùn)輸巷頂板

（1）采用人工和爆破的方式挑頂，使運(yùn)輸巷頂板的高度可以讓下端頭順利推過(guò)，保證工作面正常的回采速度。在頂板破碎時(shí)，先在頂板注膠加固后，再進(jìn)行挑頂工作。

（2）使用風(fēng)鎬對(duì)運(yùn)輸巷進(jìn)行起底，增加運(yùn)輸巷的高度使下端頭可以正常推進(jìn)，但根據(jù)I010202工作面現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，當(dāng)?shù)装鍘r性松軟時(shí)，起底后會(huì)使端頭支架鉆底嚴(yán)重，使支架支護(hù)頂板和正常推進(jìn)更困難。

（3）將運(yùn)輸巷超前支護(hù)形式變?yōu)榧茉O(shè)“一梁三柱”抬棚，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況縮小棚距（不大于400mm），延長(zhǎng)超前支護(hù)距離（50m），確保超前支護(hù)質(zhì)量。在運(yùn)輸巷超前距離外，頂板尚未下沉段增加密集帶帽點(diǎn)柱和打設(shè)錨索托梁，提前做好頂板支護(hù)。

（4）改造端頭支架，在端頭支架頂梁上沿走向焊接“∏型鋼梁”，增加端頭支架對(duì)運(yùn)輸巷的支護(hù)范圍。

（5）打貼幫柱，在支架護(hù)幫板下支設(shè)1顆單體支柱。將離層、冒落的矸石擠在支架頂梁上，盡量防止大塊煤矸冒落，減少處理大塊的時(shí)間，同時(shí)促使支架前段頂板垮落程度減小。

（6）引進(jìn)大采高綜采面超前支護(hù)支架。其優(yōu)點(diǎn)是：

①實(shí)現(xiàn)超前支護(hù)機(jī)械化，提高工作效率和安全性。

②控制兩巷受采動(dòng)影響的頂板下沉、冒頂。支架對(duì)巷道圍巖控制能力強(qiáng)，尤其在頂板破碎處應(yīng)用超前支護(hù)支架，可以大大減少架棚數(shù)量。

③與端頭支架及轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)推進(jìn)，滿足高產(chǎn)高效工作面對(duì)端頭設(shè)備快速推移的要求。

6 結(jié)論

技術(shù)措施完善可行是頂板管理的基礎(chǔ)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理到位是搞好頂板管理的保證，職工安全意識(shí)高低是頂板管理的關(guān)鍵，這三個(gè)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，缺一不可。冒頂事故的發(fā)生是有條件的，也是有規(guī)律的，將頂板管理建立在科學(xué)基礎(chǔ)上，絕大多數(shù)頂板事故是可以避免的。