煤礦回采工作面破碎頂板控制關鍵技術研究

張忠

摘要：煤礦頂板事故直接對煤礦的安全生產產生巨大威脅。根據某煤礦的實際工程地質條件以及生產狀況，我們通過研究回采工作面、超前破碎頂板冒落機理和影響因素等方面進行詳細的分析，從而得出發生端面冒頂的主要因素為地質因素、端面距與支護強度及人為因素采用鋪金屬網、架走向梁、加強職工培訓及工作面頂板管理等措施，可有效的確保工作面安全、高效生產。

關鍵詞：煤礦回采；工作面；破碎頂板；控制關鍵技術

中圖分類號：X752文獻標識碼： A

1.礦井概況

煤礦位于安徽省灘溪縣城南15公里，宿州市西北約35公里。南起百善集，北至南沱河，南北長約8公里，東西寬約2~4公里，含煤面積約22.5平方公里。濉阜鐵路從礦區東南百善集通過，往北經青龍山轉符夾線接津浦、隴海及京九等十線。宿永與濉蒙公路在百善集交匯，交通較為便利

煤礦可采煤層兩層，均形成于二疊系，其中6煤全區可采，5號煤層局部可采。

礦井地質構造形態為一總體呈近南北向延伸的左旋“S”型復式向斜構造盆地，共發育較大斷層20條，斷距大于30m的4條

煤礦水文地質條件屬簡單~中等型(礦井北部為中等類型)。根據沉積特征及富水性，結合區域含隔水層組和木本井田水文地質特征，將本井田劃分為新生界松散層含水層(組)、基巖風化帶含水層(組)、煤系砂巖裂隙含水層(組)和太原群灰巖含水層(組)。

2綜采工作面破碎頂板控制技術研究

2.1破碎頂板冒頂機理及影響因素分析

破碎頂板多發生在斷層帶、褶曲、節理裂隙穿舊巷隙等地段，主要表現為頂煤或頂板強度較低，在礦山壓力的作用下極易斷裂，有時頂板呈現為較碎塊狀，甚至粉末狀。破碎頂板冒頂的機理及規律如下。

2.1.1由于地質變動過程中巖層受拉、擠壓或受剪切力的作用將巖層切斷形成斷層，破壞了頂板的完整性，使斷裂面附近頂板裂隙發育、破碎，斷層面間多充以粉狀或泥狀物，斷層面比較光滑，使上、下盤間的巖石無粘結力，使頂板管理失去了規律性。

2.1.2由于地殼運動使地層巖石不再能承受水平壓力而出現褶曲，褶曲內的構造應力和殘余應力影響到原巖應力場的分布狀態，容易在背斜和向斜區域聚集大量的彈性能，引起局部冒頂。

2.1.3由于煤層受擠壓作用的影響，使擠壓的煤、巖層變薄，而且頂板擠壓后會形成許多節理、裂隙滑動面，使頂板大多變的非常破碎，由于其單獨和孤立性，容易脫落造成局部冒頂，甚至有時把支架推倒，造成大冒頂。綜合機械化開采破碎頂板工作面端面冒頂是影響礦井安全、高產高效生產的重要因素，綜合考慮煤礦的實際工程地質條件及生產狀況，分析得出發生端面冒頂的主要影響因素如下

(1)地質因素

煤與圍巖的強度、節理、裂隙、斷層、褶曲等地質構造是影響頂板穩定與否的內因。斷層落差越大，附近漲性構造裂隙越發達，巖性越松軟，冒頂可能性也越大。

(2)端面距

頂板冒落程度用冒落范圍占工作面總長的百分比表示，工作面端面距與冒落程度的關系是隨著端面距的增加，冒落程度亦隨之增加。

(3)工作面推進速度

工作面推進速度是影響頂板冒落程度的另一重要因素，工作面推進速度增加，工作面支護速度也加快，這不僅減少了支架對工作面反復支撐的次數，減少了支架對頂板的破壞，而且降低了煤與圍巖的變形量，從而降低了工作面冒頂事故的發生。

(4)支架初撐力及支護強度

工作面支架平均支護強度與頂板冒落程度大致呈雙曲線關系。端面冒頂事故的明顯變化區間為支架工作阻力在250~300KN/m2，低于此區間，端面冒頂急劇增加，高于此區間，對端面冒頂的影響不大，因此合理的支架工作阻力對于防止冒頂事故的發生有重要影響。

支架的初撐力對支架的支護強度及最終支護效果有顯著影響，因此，應當確保工作面支架有足夠的初撐力。另外，良好的支護狀態會提高支架對頂板的控制能力，減少冒頂事故發生。

采煤工藝對支架的支護狀態也存在一定程度的影響。由于采煤工藝不當，偽傾角掌握不好，造成輸送機上市下滑，支架不再垂直工作面，支架間呈臺階錯茬，會影響支架的支護狀態，導致頂板事故的發生。

(5)人為因素

人為因素是影響工作面冒頂事故發生的重要主觀因素，主要包括工人思想麻痹、違章違紀、技術缺陷及設計缺陷，工作面冒頂事故人為原因統計分析見圖1所示。從統計圖中可知，提高職工素質，加強工作面頂板管理是減少冒頂事故發生的又一重要途徑.

圖1冒頂事故人為原因統計分析圖

通過對破碎頂板冒頂及片幫的主要影響因素進行分析，并結合煤礦現場情況及礦壓觀測結果，煤礦存在地質構造較復雜、工作面推進速度較慢、支架工作阻力不足及初撐力不能達到要求等問題，容易形成工作面推進速度慢導致頂板冒頂及煤壁片幫嚴重，頂板冒頂及嚴重的煤壁片幫又導致工作面推進速度進一步降低，形成惡性循環，應當在開采過程中對以上幾個方面進行加強管理，保證工作面支架的初撐力及工作面推進速度，在后續支架的采購中可考慮提高工作阻力及改變現有架型。

2.2破碎頂板的合理控頂措施

在回采工作面各項生產要素中，尤其是破碎頂板工作面，頂板管理作為一項關鍵內容被放在一切生產過程的首要位置?？茖W的頂板管理方法對保證回采工作面的施工安全、質量及高產高效等起到了極為重要的作用。

破碎頂板的主要特點就是其破碎易冒落。破碎頂板允許暴露的時間較短，暴露面積小，如不進行及時支護易發生漏頂事故，如得不到及時有效地控制，漏頂范圍會越來越大，甚至造成較大的冒頂事故。為了防止破碎頂板發生漏垮型災害，必須在局部冒頂發生以前就要妥善地控制住頂板為此，基于皖北礦區某煤礦的實際工程及生產條件，根據破碎頂板的冒頂機理及影響因素，防止局部冒頂事故的發生，可采取以下措施

2.2.1加強工作面地質勘探工作，在工作面同采前必須提供詳細的地質說明書，包括工作面地質構造變化、斷層產狀、褶曲和破碎帶、節理裂隙發育狀況、水文地質情況等，并制定切實可行的、有針對性的措施。

2.2.2充分做好及時支護及超前支護。采煤機割煤后先移支架，后移輸送機，可采取超前采煤機進行移架，使支架頂梁頂住煤壁，防止頂板暴露出來面得以提前支護。

2.2.3破碎頂板在進入頂梁上方時己很破碎，且在頂梁上方形成厚度不等的浮矸層，移架時浮矸從架間及端面漏下，也可造成端面冒頂擴大。對于綜采、綜放工作面來說，最好盡量減少梁端距，如有可能梁端距為零最好。在這種情況下，要采用臨時支護的辦法來控制頂板

2.2.4煤層頂板不穩定，工作面盡量選擇前梁具有伸縮性能并帶有護幫板的支架，采煤機通過后立即前移支架或及時打開伸縮梁和護幫板，支護剛暴露的頂板煤幫，伸出伸縮梁，最大限度縮小端面距。

2.2.5鋪金屬網。在支架頂梁上鋪金屬網，這是控制破碎頂板的有效辦法。鋪頂網能使破碎頂板形成一個整體，達到改善頂板之功效。頂網一般鋪雙層。

2.2.6架走向梁、在煤壁靠頂板處掘一梁窩，將走向梁的架在支架的頂梁上端架在煤壁上，另如果煤壁容易片幫，煤壁上不適宜或不能掘梁窩，這時可靠近煤壁側打一臨時貼幫柱。

2.2.7帶壓擦頂移架。移架時讓支柱仍保持一定的工作阻力，使頂梁貼著頂板擦頂前移，一定程度上可以減輕移架時頂板巖層的活動，減少由于移架而造成的頂板破壞。

3結束語

通過分析某煤礦現有破碎頂板的性質及形成機理，了解現有設備對頂板的適應性，分析現有采區布置方式、工作面參數、回采工藝對破碎頂板控制的影響;分析現有管理方法的優缺點。使我們了解了煤礦頂板破碎發生的原理及成因，深刻認識到了頂板破碎的危害。對如何防止頂板破碎，加強同采工作面的安全生產，提出了幾項合理的，具有可操作性及實用性的建議，對煤礦后期發展具有指導意義。

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