煤礦回采工作面破碎頂板控制關鍵技術研究

王繼元

摘 要：煤礦巷道回采工作是一項既復雜又危險的工作，其中破碎頂板極易出現(xiàn)安全事故，對煤礦生產(chǎn)安全造成嚴重影響。本文以某地一處煤礦的實際生產(chǎn)狀況以及其地質(zhì)條件為依據(jù)，對該煤礦回采工作面以及其破碎頂板的影響因素、冒落機理、支護架以及破碎頂板的管理進行了深入研究，并探索出頂板發(fā)生冒頂情況的原因，據(jù)此制定了相應的改善措施。

關鍵詞：煤礦回采工作面；破碎頂板；控制技術

中圖分類號： TD82 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）24-229-2

0 引言

煤炭可有效保證我國經(jīng)濟平穩(wěn)、持續(xù)發(fā)展，因此煤礦開采工作面中的頂板情況，以及頂板支護的管理質(zhì)量會直接對該煤礦的安全生產(chǎn)以及經(jīng)濟效益產(chǎn)生嚴重的影響。在國際中享有盛名的煤礦開采場地中頂板控制和管理理論，在一般情況下進行的煤礦開采工作具有十分重要的指導意義，使得煤礦開采工作能夠順利進行。但是，就當前的科技發(fā)展形勢來看，傳統(tǒng)的礦山開采管理觀念和理論只有不斷地完善和創(chuàng)新才能適用于現(xiàn)代煤礦開采工作，提升破碎頂板的控制技術含金量，促進煤礦業(yè)的發(fā)展。

1 礦井簡介

該煤礦的具體位置在安徽省的濉溪縣南邊15千米處，距離東南方向的宿州市約35千米。該煤礦從南部的百善集開始，延續(xù)至北部的南沱河處，從南至北共長8千米左右，東西方向?qū)挾葹?.5千米，礦內(nèi)含煤面積約為23.3平方千米。濉阜鐵路由該礦區(qū)南部的百善集出經(jīng)過，一路沿著北方的青龍山前行，轉(zhuǎn)符夾線后連通隴海、京九以及津浦等多條鐵路干線。在百善集有濉蒙和宿永兩條公路干線的交匯處，有極其便利的交通環(huán)境。

該煤礦的采煤層可分為兩層，且這兩層采煤層全部都在二疊系形成，6號煤區(qū)可全部開采，但是5號煤區(qū)只有部分可進行開采工作。該礦井的地質(zhì)結構形態(tài)從整體上看，展現(xiàn)出由南向北逐漸延伸的復式向斜結構的盆地，并且該盆地呈現(xiàn)出左旋“S”型結構，并且發(fā)育出20條左右的較大斷層，其中有4條斷層的斷距為約30m。

該煤礦的水文地質(zhì)條件并不復雜，煤礦的南半段大致為簡單型，北部段則屬于中等型，因此該煤礦的水文地質(zhì)條件整體為“簡單-中等”型。根據(jù)煤礦處地具有的沉積特征和富水特征，并結合該區(qū)域中含有的隔水層組以及該礦井的水文特點，該礦井區(qū)的含水層可分為四層：新生界松散層、基巖風化帶、煤系砂巖裂隙以及太原群灰?guī)r。

2 煤礦回采工作面破碎頂板冒頂原因

破碎頂板一般出現(xiàn)在斷層帶、節(jié)理裂隙、穿舊巷隙等區(qū)域內(nèi)，頂板強度下降是破碎頂板的主要表現(xiàn)形式之一，受到礦山壓力的影響較大，極易造成頂板斷裂情況，部分環(huán)境中破碎頂板呈細小塊狀或粉末狀。破碎頂板冒頂機理為：

地質(zhì)層發(fā)生運動時，巖層會受到張力以及擠壓情況的影響，造成巖層斷裂進而形成斷層，是頂板的完整性受到破壞，斷裂面也會因此不斷地向四周的頂板擴展。兩面斷層面之間一般都會堆積著粉狀物或者泥狀物，較為光滑，上盤和下盤之間的巖石失去了粘結能力，煤礦頂板管理失去秩序。

地殼運動導致地層巖石的水平壓力承受能力降低而出現(xiàn)了褶曲，褶曲內(nèi)部具有的構造壓力以及殘余應力會對原始巖層的應力場分布產(chǎn)生影響，使煤礦的背、向斜區(qū)域內(nèi)聚集了大量的彈性能力，導致破碎頂板局部出現(xiàn)冒頂。

煤層受到壓力的影響，導致其厚度變薄，并且頂板受到擠壓后會形成大量的節(jié)理和裂隙滑動面，造成頂板破碎，并伴有孤立性和單獨性，因滑落而造成局部冒頂現(xiàn)象，嚴重時支護架攤到而形成面積較大的冒頂現(xiàn)象。機械化煤礦巷道回采工作面的破碎頂板冒頂情況，會對煤礦生產(chǎn)的安全性、開采效率等產(chǎn)生嚴重影響，結合煤礦的具體情況以及煤礦的地址、水文條件以及煤礦的當前的生產(chǎn)狀況，推測出導致工作面頂端出現(xiàn)冒頂情況的原因包括：①地質(zhì)條件。煤層以及圍巖的強度、裂隙、褶曲、斷層等多種地質(zhì)結構可直接對巷道頂板的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，屬于具有根本性質(zhì)的內(nèi)在因素。斷層之間存在的落差和周邊的漲性結構裂隙程度呈正相關，巖層性質(zhì)的軟硬程度與出現(xiàn)冒頂?shù)母怕蚀嬖谡汝P系。②支護架初始支撐力以及支護強度。煤礦回采工作面的支護強度和破碎頂板冒落之間存在著雙曲線關系。根據(jù)實地考察可知，該煤礦頂板出現(xiàn)事故在支架工作阻力240-290kN/m2區(qū)間時變化尤為明顯，當工作阻力小于該區(qū)間時，頂板冒頂現(xiàn)象極其激烈，當工作阻力大于該區(qū)間時，頂板冒頂現(xiàn)象不嚴重，由此可見支架工作阻力的參數(shù)設置合理，才能有效減少頂板冒頂現(xiàn)象出現(xiàn)。支護架的初始支撐力會對支護強度以及支護效果產(chǎn)生重要影響，保證支護架的初始支撐力意義重大。

3 煤礦回采工作面破碎頂板控制技術

煤礦回采工作面中存在多種生產(chǎn)要素，而最重要的就是破碎頂板的工作面，頂板管理在煤礦生產(chǎn)過程中的重點工作，合理的頂板管理才能保證工作面施工的安全性，生產(chǎn)質(zhì)量以及生產(chǎn)效率等。煤礦回采工作面破碎頂板最明顯的特點就是因為破碎易出現(xiàn)冒落情況。頂板的承受的暴露時間段，面積小，防護不及時就會出現(xiàn)漏頂，不采取合理的措施漏頂范圍會增加，最終導致冒落事故，因此必須在發(fā)生冒頂現(xiàn)象之前就采取相應的措施對頂板加以控制。對此可采取以下措施解決：

3.1 加強勘測

首先需要加強煤礦回采工作面的地質(zhì)條件勘測工作力度，在開始回采工作之前必須有細致的煤礦地質(zhì)說明資料，主要內(nèi)容應該有，該回采工作面的地質(zhì)結構變化、水文地質(zhì)條件、斷層面信息、褶曲、頂板破碎帶、節(jié)理和裂隙的發(fā)育情況等，據(jù)此制定出可行性較高的冒落預防措施。

3.2 做好支護工作

改善煤礦回采工作面的破碎頂板狀況，需要較好地完成支護工作，更重要的是超前支護工作。采煤機完成割煤工作以后，向前移動支護架再移動輸送機，可以通過超前采煤機進行移動支護架工作，確定支護架的頂梁已經(jīng)頂住煤壁，以此避免因頂板暴露出現(xiàn)冒頂現(xiàn)象而進行的超前支護措施。

3.3 盡量減少梁端距

回采工作面的破碎頂板進入頂梁上方以前破碎問題就已經(jīng)很嚴重，并且在頂梁上方位置形成了不同厚度的浮矸層，在移動支護架過程中浮矸就會沿著支護架掉落，進而加大冒頂面積。因此，在煤礦回采工作面中減少梁端距是有效解決該問題的措施，并結合臨時支護措施控制破碎頂板。

3.4 伸縮支護架以及金屬網(wǎng)

煤層頂板穩(wěn)定性不足，回采工作面的支護架的選擇應該是自帶護幫板并且伸縮能力較強，在采煤機完成該區(qū)域的割煤作業(yè)后，立將支護架向前移動或及時將護幫板和伸縮裝置打開，對剛剛暴露出來的頂板進行支護，將伸縮裝置伸出以減小端面之間的距離。

在支護架的頂梁上方鋪設金屬網(wǎng)可有效控制破碎頂板的冒頂現(xiàn)象。頂梁上方鋪設金屬網(wǎng)可將破碎頂板暫時形成一個整體，這樣既可對頂板的功效進行改善，值得注意的是，一般情況下金屬網(wǎng)會鋪設兩層，增加控制力度。

3.5 走向梁架立

在煤壁上接近破碎頂板的位置挖掘一個安放走向梁的梁窩，使走向梁的兩端分別架在煤壁和支護架頂梁處。梁窩的位置選擇必須保證避開易片幫的煤壁，避免出現(xiàn)其他安全事故。

3.6 帶壓擦頂移動支護架

在移動支護架時一定要設置支柱的工作阻力，保證頂梁能夠緊貼著頂板向前移動，這樣能夠在一定程度上減少支護架移動時破碎頂板巖層的活動量，防止支護架移動破壞頂板。

3.7 加強施工人員的培訓

煤礦回采相關負責人需要開設宣講活動，為煤礦井下施工人員進行安全宣講，保證施工人員能夠明確意識到破碎頂板冒落事故的危險性，以及控制回采工作面破碎頂板的重要作用，強化施工人員的工作意識，提升施工質(zhì)量，減少破碎頂板冒落事故的發(fā)生率。對控制破碎頂板冒落的工作經(jīng)驗進行總結，吸取控制失敗的教訓，優(yōu)化控制技術，加強控制力度，將破碎頂板冒落事故的危害控制在最小的范圍內(nèi)。

上述的煤礦回采工作面破碎頂板的控制措施，需要根據(jù)不同煤礦的實際情況進行靈活應用，才能將破碎頂板的局部冒落事故發(fā)生率降至最低。因此，只有指定合理的、有針對性的控制措施才能保證減輕局部冒落事故危害程度，加強管理，總結經(jīng)驗，指定合理的事故預防方案，做到防患于未然。

4 結語

綜上所述，根據(jù)對現(xiàn)有煤礦的破碎頂板性質(zhì)、形成機理進行深入分析，明確煤礦內(nèi)現(xiàn)使用的設備對破碎頂板的適應程度，為研究開采區(qū)的部署方式、回采工作面的相關參數(shù)、回采工藝等因素對破碎頂板的控制產(chǎn)生的影響奠定基礎，進而明確現(xiàn)行的煤礦回采頂板的控制技術以及管理方式的不足，保證對破碎頂板產(chǎn)生的原因有更深層次的認識，了解破碎頂板可能產(chǎn)生的危害的嚴重性，結合精進的控制技術以及有效管理措施，提升煤礦開采的安全性，促進煤礦行業(yè)的發(fā)展。

參 考 文 獻

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