大采高綜采工作面破碎頂板穩(wěn)定性綜合控制措施研究

楊 肥

（神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場灣煤礦綜采一隊(duì)，寧夏 靈武750411）

0 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，今后相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)我國煤炭需求將長期保持增長態(tài)勢，而我國厚煤層儲量十分豐富，約占總儲量的 44%，其產(chǎn)量占煤炭總產(chǎn)量的 45%左右，且大部分為緩傾斜厚煤層，厚煤層開采在保障煤炭生產(chǎn)供應(yīng)能力中占有重要地位。因此，厚煤層開采技術(shù)幾乎決定著整個(gè)煤炭行業(yè)的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益。在適宜的煤層和地質(zhì)保障前提條件下，如何對資源更合理、高效開采，已成為高產(chǎn)高效礦井建設(shè)的根本，厚煤層一次采全高高效綜采(即綜采大采高)是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效礦井的主要途徑。

1 工作面頂板來壓控制

①初采時(shí)老頂尚未來壓，頂板受采動(dòng)壓力影響較小，因此支架初撐力要控制適當(dāng)，避免因初撐力過大，造成對頂梁前端頂板的破壞，同時(shí)也要避免因初撐力太低致使頂板突然下沉、離層而對工作面造成破壞。主要采取提高支架工的操作質(zhì)量和采用慢降快拉帶壓移架方式控制頂板，防止頂板突然下沉以及移架時(shí)架間漏頂現(xiàn)象。在頂板破碎區(qū)域，減少支架的降架高度，采用帶壓移架、超前移架的方法。距離采煤機(jī)右滾筒一架及時(shí)收回護(hù)幫板，采煤機(jī)割過煤壁后，距離右滾筒兩架及時(shí)追機(jī)移架，并及時(shí)控制頂板。

②初采時(shí)要留意架前頂板局部漏矸，直接頂裂隙擴(kuò)張等架前頂板及煤壁壓力顯現(xiàn)，及時(shí)調(diào)整支架間距，保證架間距均勻，來壓期間要及時(shí)采取措施調(diào)整層位，主要采用臥底方法增加采高，一次性留住頂煤(煤皮假頂)，保證頂板的完整性。

2 工作面煤壁片幫控制

“強(qiáng)幫”有利于“固頂”，只有有效地控制工作面煤壁片幫，才能防止架前(漏)冒頂事故的發(fā)生。煤壁片幫主要有兩種形式，一種是剪切滑移破壞，即煤壁片幫是由于頂板的下沉，造成煤壁受壓；另一種是失穩(wěn)破壞。工作面煤壁在采空區(qū)方向具有自由面，無約束存在，變形不受限制，當(dāng)采高加大后，礦壓顯現(xiàn)劇烈，在超前壓力作用下，煤體裂隙發(fā)育，易發(fā)生大面積片幫，大塊煤增多，嚴(yán)重制約了生產(chǎn)能力的正常發(fā)揮。

大高工作面系統(tǒng)控制中，該工作面底板強(qiáng)度最大，煤層與頂板次之，基本頂是超前工作面斷裂，工作面支撐壓力前移至工作面煤壁，并且由于支架的反復(fù)支撐作用，控頂距內(nèi)的直接頂呈動(dòng)態(tài)破裂的特征，加之直接頂松散體載荷作用，破碎的頂板在工作面采高增大的同時(shí)，受煤體強(qiáng)度、煤體的裂隙分布影響，煤壁片幫概率也就隨之增大。為保障工作面頂板的穩(wěn)定性，防止架前漏(冒)頂事故的發(fā)生，對煤壁片幫與冒頂觀測，達(dá)到“強(qiáng)幫固頂”的作用。大采高支架梁端距在 550mm左右，由于煤層底板起伏不平或操作不當(dāng)，輸送機(jī)上的采煤機(jī)重型化不易控制，相對于支架向前或向后偏斜是不可避免的。向前或向后相對偏斜，梁端距就會變化，若采煤機(jī)仰斜采煤，上仰 5°，采煤機(jī)的滾筒就要割支架的頂梁，若采煤機(jī)俯斜采煤，前傾5°，則空頂距就要加大，破碎頂板難以控制，易失去穩(wěn)定性。因此，為了確保大采高支架梁端處頂板的穩(wěn)定，不僅要求支架頂梁具有伸縮功能，割煤后及時(shí)伸出支護(hù)頂板，而且要求護(hù)幫板完全伸開時(shí)能夠伸平，及時(shí)支護(hù)片幫后的頂板，并且支架應(yīng)盡可能地向前移動(dòng)，使支架的頂梁對這部分頂板起到及時(shí)支護(hù)作用。

另外，還要加強(qiáng)護(hù)幫管理，采取有效的技術(shù)措施進(jìn)行控制：

①提高工作面工程質(zhì)量，確保工作面煤壁和支架都保持直線，防止壓力局部集中造成工作面局部片幫、冒頂。

②加強(qiáng)技術(shù)人員操作質(zhì)量，及時(shí)移架控頂，支架升平升緊，保證工作面支架支護(hù)強(qiáng)度，提高初撐力支護(hù)質(zhì)量，減少頂板回轉(zhuǎn)時(shí)對煤壁的壓力。

③根據(jù)煤壁節(jié)理發(fā)育情況，開采時(shí)及時(shí)調(diào)整偽斜開采，盡量地避開滑落面與工作面平行，防止造成大面積片幫、冒頂。割煤時(shí)，超前兩架收回護(hù)幫板，減少了片幫面積。同時(shí)，滯后采煤機(jī)右滾筒四架，及時(shí)進(jìn)行移架作業(yè)，打出伸縮梁保證頂梁接頂嚴(yán)實(shí)，并將支架一級護(hù)幫板及時(shí)打出，以防片幫，二級護(hù)幫滯后采煤機(jī)左滾筒三架打出。

3 支架防倒防滑控制

①為了防止出現(xiàn)局部傾角過大或接頂、底板不實(shí)，造成支架失穩(wěn)，開采過程中，嚴(yán)格控制了采煤機(jī)割平頂板與底板。

②開采初期，支架接頂不實(shí)或初撐力達(dá)不到要求，造成支架下滑。加強(qiáng)管理后，控制采高與移架后，保證了支架接頂嚴(yán)實(shí)，嚴(yán)禁超高開采，初撐力達(dá)到規(guī)定要求，防止支架了下滑或傾倒。

③為了防止破碎頂板冒（漏）頂，工作面?zhèn)渥銊x頂材料，控制移架過程中冒頂，歪架、倒架現(xiàn)象。

④移架過程中，利用側(cè)護(hù)千斤頂和底調(diào)千斤頂隨時(shí)對液壓支架進(jìn)行微調(diào)，使支架與輸送機(jī)保持垂直，支架中心距為 1.75±100mm，移架步距為865mm，拉線移架，使支架排列整齊成一條直線，偏差在±50mm之內(nèi)。

⑤距采煤機(jī)右滾筒2~4架開始拉架，并支護(hù)頂板。在采煤機(jī)前有嚴(yán)重片幫與頂板大面積暴露，采用了超前移架支護(hù)頂板。若遇頂板破碎時(shí)，帶壓移架或鄰架操作，少降快拉，降架高度控制在不超過支架側(cè)護(hù)板2/3范圍內(nèi)。

⑥在排頭支架頂梁和底座上分別加裝防倒及防滑裝置，四架排頭組成“錨固站”，使其成為全工作面支架保持橫向穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。最后一架端頭的頂梁上方安裝側(cè)挑梁，有效支護(hù)端頭與巷道下幫之間空頂，防止端頭倒架。

⑦為了防止支架相互擠死或出現(xiàn)咬架、倒架現(xiàn)象。工作面拉支架時(shí)，采用由上向下或由下向上依靠端頭支架拉移支架。在巷道布置上，采取回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷的高度低于工作面采高的布置方式。支架由端頭、過渡到中間支架逐漸加大到工作面采高，既有利于巷道的支護(hù)，又提高了端頭端尾支架的穩(wěn)定性。支架在實(shí)際回采過程中，正確使用帶壓移架和初撐力自動(dòng)補(bǔ)償功能，支撐已經(jīng)離層和已破碎的下位直接頂，能增大頂、底板摩擦阻力和頂板的反傾倒力矩，對防止大采高支架的下滑和傾倒十分有利。

4 工作面上-下端頭支護(hù)控制

工作面端頭與兩巷交叉處，由于臺階或梯形結(jié)構(gòu)形成的“局部化剪切變形區(qū)域”，該區(qū)域的控制是工作面頂板失穩(wěn)控制的首要任務(wù)；工作面上-下端頭超前支護(hù)段，由于上端頭受上一個(gè)工作面回采影響，圍巖變形嚴(yán)重，是頂板失穩(wěn)防范的重點(diǎn)。工作面上-下端頭由端頭支架支護(hù)頂板。根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測，在上端頭自工作面煤壁向外 50m范圍，下端頭自工作面煤壁向外20m范圍內(nèi)進(jìn)行超前支護(hù)。超前支柱初撐力不低于50kN。支柱支設(shè)在實(shí)底上，支柱鉆底量超過100mm時(shí)需要穿底鞋。所有超前支柱用 8#鉛絲大于 2股與頂網(wǎng)捆綁牢固，迎山角保持 2°～3°，且支柱支設(shè)成一條直線。

5 結(jié)束語

總之，隨著近年來采礦工作者的不懈努力，國內(nèi)少數(shù)礦井對厚煤層應(yīng)用大采高綜采技術(shù)，成功的開采實(shí)踐填補(bǔ)了綜采大采高開采的空白，使我國綜采大采高技術(shù)也有了很大發(fā)展。在此過程中，厚煤層綜采機(jī)械化水平的逐步提高，一次采全高的高可靠性綜采設(shè)備的發(fā)展，使得我國大采高在工藝、設(shè)備及效益上都步入世界前列。大采高技術(shù)成功的范例不僅解決了大采高綜采礦井高產(chǎn)高效的難題，同時(shí)也取得了厚煤層一次采全高綜采的礦壓顯現(xiàn)和巖層移動(dòng)基本規(guī)律等研究成果，為進(jìn)一步深入研究大采高巖層控制理論與技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

［1］郭寶華,涂敏.淺談我國大采高綜采技術(shù)[J].中國礦業(yè),2003,12(10)：40-42.

［2］趙懷祥,陳俊成.大采高開采技術(shù)研究[J].山東煤炭科技,1998(4)：24-27.