高永升

（鄭州煤電股份有限公司蘆溝煤礦，河南 鄭州 452373）

某礦開采的4號礦層的頂板是復(fù)合頂板，在4號礦層的提取，變形和破損過程中，頂板多次冒落。通過對其存在的特點以及出現(xiàn)問題的規(guī)律，解決了復(fù)合頂板的掌握問題，從而創(chuàng)建安全礦山生產(chǎn)的前提條件。

1 CO2致裂原理

在二氧化碳致裂器運行過程中釋放的高壓二氧化碳?xì)怏w立即作用在多孔壁上，導(dǎo)致介質(zhì)裂化或破裂。①CO2在31℃或更低的溫度和7.2MPa的壓力下呈液態(tài)。②如果溫度超過31℃，則無論壓力如何，液態(tài)CO2都會在20ms內(nèi)氣化。膨脹系數(shù)可達(dá)600倍，壓力可達(dá)80MPa～270MPa。利用該特性，使得儲存管中的液態(tài)二氧化碳立即被加熱器蒸發(fā)，以產(chǎn)生高壓。當(dāng)壓力達(dá)到蓄壓裝置確定的壓力時，高壓氣體被排出到外部，并立即產(chǎn)生強推力。沿著自然裂縫或誘發(fā)裂縫的表面松開材料，然后將其推離主體，以達(dá)到破裂和防反射的目的。

2 礦井頂板致裂的原因分析

（1）采礦方式不合理。如果不開采礦層，則巖層的限制處于平衡狀態(tài)。然而在開挖后，開挖空間中形成了應(yīng)力釋放區(qū)，這導(dǎo)致了應(yīng)力的重新分布，應(yīng)力集中在某些區(qū)域。如果應(yīng)力集中超過巖層的極限，則巖石會破裂并引起事故。如果能源生產(chǎn)區(qū)域布置不當(dāng)，生產(chǎn)過程中該區(qū)域前方某些區(qū)域的應(yīng)力就會不正常。如果超過了巖石舉升極限，則當(dāng)屋頂?shù)鋾r可能會發(fā)生事故。如果在巖石層中的水平張力高并且工作面的布置不合理，這將容易導(dǎo)致應(yīng)力集中在返回空氣路徑和工作面的輸送路徑中，并且會發(fā)生屋頂?shù)顾氖鹿?。如果在拉出隔熱工作面時碳保護(hù)柱的預(yù)留寬度不足，則在拉出隔熱工作面時，工作面前面的接觸壓力會轉(zhuǎn)移到頂板，這會導(dǎo)致頂板張力集中，容易引起冒頂事故[1]。

（2）工作面頂板安全管理不善。在管理工作區(qū)域時，有必要根據(jù)頂板的類型對頂板進(jìn)行分類，即可以將頂板分為極難垮落頂板、易垮落頂板、中等垮落頂板和塑性彎曲頂板。極難垮落頂板通常是指進(jìn)行開采后不易掉落的舊的礦層頂板，而易垮落頂板是指開采和開采的層的直接頂板。礦層開采過程中隨采隨落。我們可以看到，頂板的掉落不僅與頂板的類型有關(guān)，而且與液壓支架的運動也有很大關(guān)系。

3 開采工作面頂板致裂的預(yù)防措施

3.1 致裂效果監(jiān)測內(nèi)容和方法

①監(jiān)測液壓支架的阻力。除道路的液壓支撐外，在工作區(qū)域的末端還使用了動態(tài)頂板（壓力）監(jiān)控系統(tǒng)。動態(tài)頂板監(jiān)控系統(tǒng)（壓力）用于監(jiān)控工作面上的液壓支架的工作阻力，重點是工作面頂部的液壓支架的工作阻力。比較休息之前和之后的步幅長度和工作表面循環(huán)強度之間的差異。②監(jiān)測礦區(qū)方頂瓦的倒塌情況。根據(jù)工作面的工作條件，必須及時監(jiān)測切割路面的工作面的屋頂坍塌情況，并檢查頂板裂縫和減壓的影響。

3.2 預(yù)測礦山壓力提高頂板管理的有效性

為了提高屋頂管理的效率，應(yīng)強調(diào)以下幾個方面：①必須有可靠的頂板管理技術(shù)人員，可以根據(jù)實際情況評估頂板的狀況。定位并確定其是否處于破裂狀態(tài)或處于懸浮狀態(tài)。②必須保證頂板支架的效率。支撐的有效性不僅意味著結(jié)構(gòu)的效率，而且還意味著需要一定的動態(tài)載荷。③必須遵守礦山安全規(guī)定。如果沒有批準(zhǔn)，負(fù)責(zé)人員將無法未經(jīng)批準(zhǔn)而更換頂板，并在頂板管理中闡明質(zhì)量要求。

3.3 復(fù)合頂板控制

在分析了復(fù)合頂板的特性和結(jié)構(gòu)，結(jié)合4號礦層的發(fā)生特性后，從設(shè)計的各個方面對采礦面的復(fù)合頂板進(jìn)行了控制。采礦面、采礦工藝、采礦面支護(hù)和頂板管理。具體的控制措施如下：回采巷道以及切眼掘進(jìn)。覆蓋了工作立面的采礦道路和挖空部分，以減少對碳脈頂?shù)耐暾缘挠绊?，并為控制?fù)合頂創(chuàng)造了更好的條件。巷道支護(hù)形式的選擇基于巷道拆除的經(jīng)驗以及復(fù)合頂板的分層特性。

采礦走道支架使用錨固支架+絲網(wǎng)，當(dāng)走道穿越斷層時使用螺栓和噴射混凝土支架。所使用的錨桿的直徑為22mm，長度為1800mm。ZH2000/16/24Z型上架整體式懸架液壓支架，ZH2000/16/24Z型上架式160液壓組合式懸架組合整體懸架在該表面上安裝有4根柱子，各1000mm之間，最小上轉(zhuǎn)向距離為2.8m，最大上控制距離為3.6m，上臺階距離為0.8m，吸氣高度為2.2m，誤差為±0.1m，并且色譜柱合理，功能強大。工作頭使用ZT1200/17/24H，下端使用液壓支架ZT2400/17/24H保護(hù)頂板。輔助操作使用集中控制方法，左右?guī)惶嫦蚯?，支架之間的距離不得超過0.5m。確保防雷墻支撐系統(tǒng)具有相同的剛度并科學(xué)地支撐頂板。上部和下部安全出口和端部支撐：上部和下部安全出口由帶有整體式立柱的扁木制成，以構(gòu)成主軌道。安全出口規(guī)格：長3m，寬0.8m，高不少于1.6m；頭部使用ZT1200/17/24H，下端使用ZT2400/17/24H型液壓墊來保護(hù)車頂。輔助操作使用集中控制方法，左右框架交替向前移動。支架之間的距離不得超過0.5m。

3.4 特殊時期頂板控制

（1）開采工作面實行安全管理措施。在安裝工作面，地質(zhì)構(gòu)造帶，過老巷，應(yīng)力集中區(qū)域以及恢復(fù)結(jié)束期間的屋頂管理，必須制定特殊的安全措施，提前確保安全拆卸。

（2）在壓制過程中檢查車頂。在第一次壓制工作表面和定期壓制期間，頂板下陷，碳壁剝落嚴(yán)重，容易損壞頂板和薄膜傷人。加強頂板管理，避免發(fā)生冒頂事故。①在工作表面的第一時期和該時期的期間，有必要加強對表面壓力的預(yù)測。②工作面懸架的雙向液壓支撐的初始支撐力不得小于16MPa，上下端和擴展端的單個液壓螺旋槳的初始支撐力應(yīng)不小于11.4MPa。③確保衣架支架完好且筆直，以防止其從支架正面泄漏。④必須擰緊托架的頂部，并且前側(cè)之間的距離不得超過300mm。如果頂板破裂且膠卷破裂，則必須在一定時間內(nèi)延長伸縮光束以支撐裸露的頂部。⑤在周期來壓期間加快工作面的前進(jìn)速度。⑥如果將工作表面移動一定距離（面積＞2m×5m）后，頂板的大部分未塌陷，則必須使用手動頂棚。⑦如果工作面上有較大的壓力區(qū)域，則必須立即中斷工作，并加強支撐（打s或加固的支柱）。如果情況緊急，應(yīng)立即將所有操作員撤離并報告給裝運室。

（3）作業(yè)結(jié)束前的頂板檢查。①準(zhǔn)備在距離停止線8m～10m的地方鋪設(shè)金屬電纜，以創(chuàng)造恢復(fù)懸吊支撐所需的條件，并提前制定安全措施進(jìn)行恢復(fù)。②停止工作臺面時，必須采取特殊的安全措施以加強工作臺面的管理。

（4）過斷層及頂板破碎帶頂板管理。①在工作面越過斷層帶之前，必須采取特殊的安全措施以加強頂板管理。②可以在誤差的影響下適當(dāng)減小抽吸高度，并且將抽吸高度控制在1.8m～1.9m的范圍內(nèi)。③在故障排除過程中必須加強爆破管理，必須嚴(yán)格按照爆破表進(jìn)行鉆孔，裝填，爆破。

4 結(jié)語

在這項工作中檢查的頂板的裂縫和頂板效應(yīng)是顯而易見的。在沒有裂縫的礦區(qū)，強制性屋面對促進(jìn)屋面有很大影響。