宋麗萍

（寧武縣煤礦安監(jiān)站， 山西 寧武 036700）

基本頂通常為厚度較大的堅(jiān)硬穩(wěn)定巖層，對工作面上覆巖層的活動(dòng)起主導(dǎo)作用。工作面開采過后，在基本頂巖層發(fā)生周期性的斷裂、下沉，工作面產(chǎn)生周期來壓。由此可見，采場上覆巖層大結(jié)構(gòu)的破斷是無法避免的，工作面頂板的來壓現(xiàn)象一定會(huì)出現(xiàn)，必須確定合理的支護(hù)方案，保障支架的正常工作狀態(tài)。本文以某礦8707 綜采工作面為研究對象，根據(jù)“內(nèi)”“外”泄漏的檢測機(jī)理研發(fā)了YHX 型支架液壓泄漏故障檢測儀，并確定了液壓系統(tǒng)泄漏故障診斷判據(jù)。依據(jù)不同的支架故障類別下頂板的分級預(yù)警方案進(jìn)行工作面過斷層時(shí)的頂板預(yù)警，同時(shí)對破碎巖體注漿，實(shí)現(xiàn)了對工作面通過斷層破碎帶時(shí)頂板的有效控制。

1 工程概況

該礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1.80 Mt/a。當(dāng)前該礦主要開采區(qū)域?yàn)楸鄙?07 盤區(qū)與南山303 盤區(qū)，涉及煤層為7-3 號、7-4 號、11-1 號、12-2 號煤層。11 號煤層8707 工作面煤層賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單；煤層厚度為1.5~4.8 m，平均厚度3.4 m；煤層傾角1.5°~4.5°，平均傾角為3°；總體為一單斜構(gòu)造，走向北東，傾向南東；標(biāo)高932~948 m，地面標(biāo)高109~1 281 m，走向長1 502 m，傾斜長159 m。

根據(jù)地質(zhì)探測，在距離8707 工作面開切眼200 m 范圍內(nèi)有7 條斷層，斷85 m，最小0.4 m，其中一斷層發(fā)育成破碎帶，如表1 所示。

在回采過程中對于斷層裂隙帶來的影響并未引起足夠重視，僅一條斷層被評價(jià)為回采有一定的影響”，而其他三條斷層則被評價(jià)為“對回采稍有影響”。此外在工作面區(qū)域范圍內(nèi)存在較多未被揭露的小斷層，雖然小斷層對回采影響有限，但其導(dǎo)致的圍巖破碎對支架-圍巖穩(wěn)定性控制影響較大。11 號煤層8707 工作面在回采過程中，由于斷層破碎區(qū)的影響，先后在30-50 號和55-75 號支架區(qū)域發(fā)生了兩次大范圍冒漏頂事故。其中，55-75 號支架區(qū)受到斷層影響碎帶巖塊源源不斷涌入工作面，冒落巖塊幾乎充滿整個(gè)回采空間。此外，在發(fā)生冒頂?shù)膮^(qū)域伴隨出現(xiàn)了嚴(yán)重的片幫，多數(shù)片幫區(qū)域的片高超過1 m，片深超過1.5 m；支架壓力增大，安全閥開啟，頂梁由于上方堆積矸石的集中偏載出現(xiàn)頂梁大角度俯仰，僅處理該事故即影響正常回采達(dá)12 d。

表1 一段層發(fā)育成破碎帶

2 工作面頂板事故的預(yù)警方式分析

針對該礦11 號煤層8707 工作面開采過程中產(chǎn)生的冒頂問題，為對破碎頂板條件下工作面頂板災(zāi)害形成有效的預(yù)測預(yù)報(bào)，根據(jù)支架液壓系統(tǒng)泄漏故障檢測機(jī)理研發(fā)了有別于支架實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的便攜式Y(jié)HX 型支架液壓泄漏故障檢測儀。該支架液壓系統(tǒng)泄漏故障診斷判據(jù)如下頁表2 所示。

表2 YHX 型支架液壓泄漏故障檢測儀泄漏故障診斷判據(jù)

3 支架液壓系統(tǒng)故障檢測對頂板災(zāi)害的預(yù)警分析

隨著工作面的推進(jìn)下沉垮落，采用全部垮落法處理采空區(qū)時(shí)，直接將垮落的矸石堆積于工作面采空區(qū)，其對工作面頂板起到了一定的支撐作用，這樣所有的承載壓力都處于煤壁、支架和采空區(qū)垮落的矸石上。如果上覆巖層的荷載不變，采空區(qū)的矸石對頂板的支撐力不變，如支架工作阻力的不同，上覆巖層對煤壁產(chǎn)生的影響也將會(huì)不同。支架的工作狀態(tài)會(huì)直接影響其工作阻力的大小，隨著支架液壓系統(tǒng)泄漏程度的不斷增加，工作阻力的減小程度也就相應(yīng)增大，即工作面頂板災(zāi)害發(fā)生的可能性越大，故根據(jù)工作面不同的地質(zhì)及時(shí)空條件，建立不同的支架故障類別下頂板災(zāi)害的分級預(yù)警方案，見表3。

表3 頂板災(zāi)害分級預(yù)警方案

4 8707 工作面現(xiàn)場檢測實(shí)踐應(yīng)用分析

對南溝煤業(yè)8707 綜采工作面實(shí)施支架故障診斷技術(shù)后，得出支架的故障診斷結(jié)果見表4。

根據(jù)表4 測結(jié)果，工作面過斷層時(shí)支架發(fā)生較多中度及嚴(yán)重泄漏故障，故對8707 工作面斷層破碎區(qū)進(jìn)行注漿加固處理，破碎區(qū)經(jīng)過注漿加固后，整體性得到顯著提高。加固區(qū)割煤后煤壁齊整，沒有發(fā)生片幫。注漿加固，材料滲入破碎體裂隙，形成了完整的網(wǎng)狀整體。在之后的8707 工作面回采過程中，均未發(fā)生大范圍冒漏頂事故，實(shí)現(xiàn)了綜采工作面的正常開采。

表4 支架的故障診斷結(jié)果

從現(xiàn)場實(shí)踐表明，該YHX 型支架液壓泄漏故障檢測儀運(yùn)行穩(wěn)定，工作狀態(tài)符合要求，可以準(zhǔn)備的檢測和判斷架液壓泄漏故障，實(shí)現(xiàn)了對工作面頂板災(zāi)害的有效預(yù)警。在該工作面繼續(xù)推進(jìn)的過程中，對液壓支架進(jìn)行液壓泄漏檢測，在工作面通過地質(zhì)構(gòu)造帶時(shí)提升頂板預(yù)警等級，增加檢測頻率，對出現(xiàn)各類泄漏故障的支架進(jìn)行及時(shí)維修，并采取合理的加強(qiáng)支護(hù)方案，使工作面安全快速通過斷層及地質(zhì)破碎帶，為促進(jìn)綜采工作面的安全高效生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。

5 結(jié)論

1）支架液壓系統(tǒng)泄漏分為“內(nèi)”“外”泄漏兩種，根據(jù)不同形式的泄漏特點(diǎn)，提出了兩種泄漏方式下的支架檢測機(jī)理。根據(jù)支架液壓系統(tǒng)泄漏故障檢測機(jī)理研制了YHX 型支架液壓泄漏故障檢測儀，并確定了支架液壓系統(tǒng)泄漏故障的診斷判據(jù)。

2）分析得出了支架液壓泄漏故障檢測儀對工作面頂板災(zāi)害的預(yù)警作用，建立了不同支架故障類別下頂板的分級預(yù)警方案。

3）該礦8707 工作面檢測結(jié)果表明，YHX 型支架液壓泄漏故障檢測儀監(jiān)測效果理想，能實(shí)現(xiàn)了對工作面頂板災(zāi)害的有效預(yù)警，為促進(jìn)綜采工作面的安全高效生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。