綜采放頂煤工作面的頂板控制

烏蘭井田位于賀蘭山北段煤田呼魯斯太礦區(qū)的北端，井田內(nèi)下二疊統(tǒng)山西組3^#煤為井田內(nèi)的特厚煤層，煤厚平均為9.95m。煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有夾矸2～18層，一般有1～10層夾矸，上部距頂板1m左右有一層高嶺石泥巖，厚度在0.8m左右，分布范圍廣，沉積穩(wěn)定。煤層變異系數(shù)0.42，為較穩(wěn)定煤層。煤層頂板為粉、細(xì)砂巖，底板為砂巖。煤層傾角平均24°。

1 綜合開采技術(shù)在3^#煤層中的應(yīng)用

3^#煤層為烏蘭礦的主采煤層，占全部?jī)?chǔ)量的42%，1992年11月～1993年3月，該礦在33^#煤層中進(jìn)行綜采放頂煤開采工業(yè)性試驗(yàn)，經(jīng)有關(guān)專家組成的技術(shù)鑒定委員會(huì)鑒定，認(rèn)為該項(xiàng)目技術(shù)達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，可以有效地指導(dǎo)生產(chǎn)，并在國(guó)內(nèi)類似條件的煤層中推廣應(yīng)用。試驗(yàn)成功后，在3^#煤層的開采方式主要采用綜采放頂煤工藝。截止2002年7月，走向推進(jìn)已達(dá)3200m。

綜放工作面的布置方式：工作面的兩風(fēng)巷沿煤層走向布置，沿底板掘進(jìn)，采用礦用11^#工字鋼制作的梯形支架支護(hù)。沿頂板布置一條頂板道，與工作面風(fēng)巷內(nèi)錯(cuò)一定距離。工作面切眼沿底板布置，傾斜長(zhǎng)度正常時(shí)為150m左右。工作面采高2.4m（支架正常支撐高度）。

2 綜放工作面片幫冒頂原因分析

綜放工作面頂板，實(shí)際是支架上覆的頂煤，按頂板分類，應(yīng)屬破碎頂板。3^#煤層普氏硬度系數(shù)為0.6～1.2。由于各種因素的作用和影響，工作面架前多次發(fā)生片幫冒頂，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)和安全，直接影響綜放技術(shù)發(fā)揮優(yōu)勢(shì)和效益。

（1）煤巖層性質(zhì)影響。采煤工作面頂板破碎的根本原因是頂板為不穩(wěn)定的煤巖層。綜放工作面的頂板是煤層，支架上覆頂煤本身的性質(zhì)，是導(dǎo)致頂煤板破碎的重要因素之一。烏蘭井田3^#煤層在不同的采區(qū)，其性質(zhì)有所不同，從而使工作面頂板控制措施不同。北翼及中部采區(qū)的5321工作面、5331工作面、5332工作面、5333工作面、5334工作面，由于煤層自身產(chǎn)狀相對(duì)穩(wěn)定，節(jié)理裂隙不發(fā)育，加之硬度較南翼采區(qū)煤層高，分析開采過(guò)程的煤壁及頂板控制，由于煤層自身原因造成片幫漏頂?shù)那闆r只占10%左右，并且是在遇到很明顯的地質(zhì)構(gòu)造（如斷層、褶曲等）才發(fā)生片幫冒頂，使頂板難以控制。南翼采區(qū)的5335工作面、5326工作面、5327工作面，在回采過(guò)程中發(fā)生的片幫漏頂事故，經(jīng)分析有近90%是因?yàn)槊簩佑龅刭|(zhì)構(gòu)造（揉皺軟煤區(qū)、小斷層群造成裂隙、節(jié)理非常發(fā)育、層理紊亂、底板異常鼓起、出現(xiàn)泥巖偽底等）造成的。在不同的綜放工作面，煤層性質(zhì)都表現(xiàn)出了對(duì)頂板控制的重要的影響作用。從頂板控制角度，我們希望支架上覆的頂煤完整穩(wěn)定，但放頂煤工藝本身又要求頂煤到達(dá)放煤口時(shí)必須達(dá)到一定的破碎程度，因此較軟的煤層其放出性較好，宜采用放頂煤工藝，但對(duì)頂板控制不利。

（2）礦山壓力的作用。綜放工作面頂煤是在礦山壓力、工作面前方煤壁的支撐壓力及煤的自重力作用下，產(chǎn)生裂隙、離層逐漸破碎，在支架切頂線后方冒落。如果由于自身性質(zhì)及外部作用，破碎已達(dá)一定程度，架前片幫冒頂就有發(fā)生的可能。分析3^#煤層的開采情況，周期來(lái)壓很不明顯，支架工作阻力普遍較小，支架所受頂板壓力作用點(diǎn)前移，并且在支架頂梁上非均勻分布，支架上方頂煤在支架前移后，很少出現(xiàn)懸頂現(xiàn)象。架前頂煤經(jīng)常出現(xiàn)沿煤壁切開，但煤體并不是特別破碎，說(shuō)明并沒(méi)有受到極大的擠壓作用。因此，放頂煤工藝的特點(diǎn)，使3^#煤層工作面礦山壓力顯現(xiàn)不明顯，發(fā)生大范圍的片幫冒頂情況很少出現(xiàn)，所以礦山壓力對(duì)放頂煤工作面頂板控制的影響并不大。但要明確的是，如果有其他因素的共同作用，礦山壓力將加劇采場(chǎng)惡化程度，給頂板控制增加困難。

（3）人員操作和勞動(dòng)組織因素。放頂煤工作面對(duì)操作和工藝組織要求不同于普通綜采工作面。頂板控制對(duì)人員操作要求就是要及時(shí)支護(hù)，并盡最大可能預(yù)防片幫冒頂，包括對(duì)局部架前、架間漏頂、片幫的重視和處理。綜放支架前梁上方常常是已破碎的頂煤，移架操作要求少降支架，帶壓擦頂前移；在工序安排上，規(guī)定移架距采煤機(jī)后滾筒不得超過(guò)3架。技術(shù)人員和施工人員對(duì)大量的片幫冒頂事故進(jìn)行分析總結(jié)，對(duì)3^#煤層綜放工作面移架工序制定相應(yīng)措施。由于煤層自身性質(zhì)及礦山壓力的作用，支架架前出現(xiàn)煤壁壓酥破碎、片幫深度0.4～0.6m。如果采用挑伸護(hù)幫板臨時(shí)支護(hù)，護(hù)幫板與煤壁接觸面積較小，有時(shí)是線狀接觸，煤壁得不到有效支護(hù)，架前空頂也沒(méi)有改善。同時(shí)由于操作失誤造成的人為冒頂事故，如降架過(guò)多，支架不正、倒架、咬架、不按放煤工藝規(guī)定放煤等，也會(huì)引起頂板狀況惡化。

3 綜放工作面片幫冒頂?shù)奶幚砗皖A(yù)防

綜放工作面片幫冒頂后，因支架上方是破碎的頂煤，大量的破碎狀頂煤流入回采空間（輸送機(jī)里、架前、架間空間），使作業(yè)中斷，輸送機(jī)停止運(yùn)行。如果冒險(xiǎn)啟動(dòng)輸送機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，就有可能使片幫冒頂擴(kuò)大，頂板巖石垮落，輸送機(jī)被“壓死”，甚至影響到工作面通風(fēng)系統(tǒng)，有時(shí)僥幸有大塊煤矸塞堵暫不漏，但片幫冒頂隱患依然存在，并使支架上方形成“空洞”，給作業(yè)帶來(lái)威脅。因此，綜放工作面片顧冒頂應(yīng)以預(yù)防為主，一旦發(fā)生片幫冒頂必須想方設(shè)法控制其蔓延擴(kuò)大，然后采取合適的處理措施。

3.1 片幫冒頂?shù)奶幚?BR>
綜放工作面片幫冒頂后，可利用“撞楔法”通過(guò)破碎帶，該方法適用于破碎的煤巖體中有大塊，片面性幫深度不太大的情況，用撞楔堵住漏洞，然后再加強(qiáng)支護(hù)控制冒頂。

施工人員和技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)總結(jié)出的“頂網(wǎng)法”，單獨(dú)采用或與其他方法配合使用時(shí)，產(chǎn)生較好效果。冒頂后，松散煤體堆滿架下空間，片幫冒頂?shù)纳疃炔幻?，并且頂煤非常破碎，顆粒較小時(shí)，先用金屬網(wǎng)掛在前梁上，然后用金屬鋼梁或木梁配合單體頂向煤幫，阻力大時(shí)，可先用鍬掏梁前的煤邊頂；金屬網(wǎng)不夠長(zhǎng)時(shí)，可適當(dāng)再加一遍網(wǎng)；見(jiàn)到煤幫后，在頂梁下支設(shè)單體支撐。個(gè)別較深處，在鋼梁上方打撞楔?？刂泼簬筒宦┖?，啟動(dòng)輸送機(jī)將冒頂煤運(yùn)走。自上而下對(duì)所頂?shù)匿摿哼M(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，并對(duì)煤幫進(jìn)行維護(hù)。此方法在3^#煤層過(guò)地質(zhì)構(gòu)造帶軟煤區(qū)時(shí)，發(fā)揮了很好的作用。

片幫冒頂后還有一種情況就是出現(xiàn)了空頂，如果片面強(qiáng)調(diào)接頂，將可能耽誤時(shí)機(jī)，反而于頂板控制不利?？枕敳⒉皇琼敯逡逊€(wěn)定，而是暫時(shí)的、相對(duì)的。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，此時(shí)要立即進(jìn)行處理，不能耽誤時(shí)間，否則要引發(fā)更大的片幫冒頂。可采用鋪?lái)斁W(wǎng)，架走向抬棚的方法，封閉空頂區(qū)，并對(duì)煤壁進(jìn)行支護(hù)。當(dāng)然這是相當(dāng)危險(xiǎn)的情況，要用經(jīng)驗(yàn)豐富的職工觀察頂板、煤壁，清理好安全通道。抬棚支設(shè)必須有一定的支護(hù)強(qiáng)度，防止頂煤再次垮落后沖擊而倒棚。

3.2預(yù)防

從前文分析可看出，綜放工作面的頂板控制有其自身特點(diǎn)，頂板失控后，影響很大，即使采取措施處理，也已造成人力、物力浪費(fèi)，甚至出現(xiàn)安全事故，因此，預(yù)防更為重要。

首先，對(duì)采用綜放技術(shù)開采的煤層要進(jìn)行地質(zhì)預(yù)測(cè)，必須從開采設(shè)計(jì)上就采取預(yù)防措施，避免給回采埋下隱患。工作面布置及設(shè)備選型必須考慮克服煤體破碎，利于控制頂板，一般不適宜布置仰采，支架應(yīng)盡可能實(shí)現(xiàn)對(duì)架前頂煤全封閉。其次，開采后遇破碎煤體、構(gòu)造軟煤區(qū)，必須從人員操作上制定科學(xué)、合理的措施并貫徹執(zhí)行，減少人為造成片幫冒頂。理想的方法應(yīng)該是對(duì)煤體進(jìn)行固化，如注化學(xué)藥劑等?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)了注水方法，即對(duì)工作面煤壁沿走向布置注水孔，用動(dòng)壓或靜壓注水。我們分析認(rèn)為，注水后，使煤體內(nèi)應(yīng)力分布發(fā)生了變化，一定程度上增加了煤體粘結(jié)性，也可能改變了其他物理特性，但注水到底對(duì)預(yù)防片幫冒頂是如何產(chǎn)生作用的，還待進(jìn)一步觀測(cè)和研究。另外也可采用“提前開幫”法，人工用手鎬或風(fēng)鎬在煤壁掏梁窩，架設(shè)走向棚，對(duì)架前及煤幫進(jìn)行維護(hù)，防止割煤移架時(shí)，發(fā)生片幫冒頂。