煤礦回采工作面破碎頂板控制關(guān)鍵技術(shù)研究

王澤強(qiáng)+李軍

摘 要：煤炭是我國經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定、持續(xù)、快速發(fā)展的必要保障。然而，煤礦采煤工作面頂板狀況及支護(hù)管理狀況直接關(guān)系到煤礦的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。國內(nèi)外關(guān)于采場頂板控制及"支架一圍巖"關(guān)系方面的研究成果對于指導(dǎo)一般條件下的煤層開采無疑是正確的，對于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐，確保生產(chǎn)的正常進(jìn)行起到了一定的積極作用。但應(yīng)當(dāng)看到，隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)實(shí)踐的不斷發(fā)展，礦山壓力理論也需要不斷地完善和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：煤礦；回采工作面；破碎頂板；控制技術(shù)

煤炭可有效保證我國經(jīng)濟(jì)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(hù)的管理質(zhì)量會直接對煤礦的安全生產(chǎn)以及經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生嚴(yán)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(jìn)行的煤礦開采工作具有十分重要的指導(dǎo)意義，使得煤礦開采工作能夠順利進(jìn)行。但是，就當(dāng)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(shù)含金量，促進(jìn)煤礦業(yè)的發(fā)展。

1礦井簡介

該工作面走向長度464～480米。綜采可采長度453米，工作面長度140米，煤厚2.3～3.2米， 均厚2.51米， 煤層傾角1°～4°。頂板風(fēng)化且破碎。

2煤礦回采工作面破碎頂板冒頂原因

破碎頂板多發(fā)生在斷層帶、褶曲、節(jié)理裂隙穿舊巷隙等地段，主要表現(xiàn)為頂煤或頂板強(qiáng)度較低，礦山壓力影響大，造成頂板斷裂非常容易，在破碎頂板環(huán)境部分細(xì)塊或粉末。破碎頂板的下落機(jī)理：地質(zhì)層運(yùn)動時，巖石會受到拉壓，導(dǎo)致巖石破裂而形成斷層，是頂板破壞的完整性，斷裂面因此會在頂板周圍繼續(xù)膨脹。在兩個斷層面之間，通常堆積成粉末或泥狀，較光滑。上下盤之間的巖層失去了粘結(jié)力，煤礦頂板管理出現(xiàn)了故障。地殼運(yùn)動引起的水平壓力的巖石承載力下降，出現(xiàn)褶皺，褶皺與在原巖應(yīng)力分布的影響的壓力和殘余應(yīng)力的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，該背斜和向斜煤礦區(qū)聚集大量的破碎頂板局部冒頂造成的靈活性。壓力下的煤層的影響，導(dǎo)致薄，擠壓后會形成大量的滑動面和頂板，頂板破碎引起的接縫和裂縫，并伴隨著孤獨(dú)和孤單，局部冒頂現(xiàn)象引起的打滑，嚴(yán)重時形成的支撐架攤到大面積坍塌現(xiàn)象。煤礦巷道放頂煤破碎頂板冒落的機(jī)械化，將對煤炭生產(chǎn)的安全，嚴(yán)重影響了挖掘效率，結(jié)合煤礦和煤礦的具體情況，煤礦和地址生產(chǎn)現(xiàn)狀水文條件， 推測出導(dǎo)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(qiáng)度、裂隙、褶曲、斷層等多種地質(zhì)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)裂隙程度呈正相關(guān)，巖層性質(zhì)的軟硬程度與出現(xiàn)冒頂?shù)母怕蚀嬖谡汝P(guān)系。②支護(hù)架初始支撐力以及支護(hù)強(qiáng)度。煤礦回采工作面的支護(hù)強(qiáng)度和破碎頂板冒落之間存在著雙曲線關(guān)系。根據(jù)實(shí)地考察可知，該煤礦頂板出現(xiàn)事故在支架工作阻力 240-290kN/m 2 區(qū)間時變化尤為明顯，當(dāng)工作阻力小于該區(qū)間時，頂板冒頂現(xiàn)象極其激烈，當(dāng)工作阻力大于該區(qū)間時，頂板冒頂現(xiàn)象不嚴(yán)重，由此可見支架工作阻力的參數(shù)設(shè)置合理，才能有效減少頂板冒頂現(xiàn)象出現(xiàn)。支護(hù)架的初始支撐力會對支護(hù)強(qiáng)度以及支護(hù)效果產(chǎn)生重要影響，保證支護(hù)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(shù)

3.1加強(qiáng)勘測

我們需要加強(qiáng)煤炭勘探地質(zhì)條件開始工作前必須詳細(xì)描述礦井地質(zhì)資料，主要內(nèi)容要有變化，對礦區(qū)水文地質(zhì)條件，地質(zhì)構(gòu)造的故障信息，折曲線，頂板破碎帶，節(jié)理裂隙發(fā)育，形成較高的可行性和預(yù)防跌倒措施。

3.2做好支護(hù)工作

為了改善采煤工作面破碎頂板的狀況，必須做好支護(hù)工作，更重要的是推進(jìn)支護(hù)工作。對采煤機(jī)切割工作完成后，移動支架，移動式輸送機(jī)可以通過先進(jìn)的采煤機(jī)移動支架工作，確定支架梁頂住煤壁，以避免暴露的頂板冒頂現(xiàn)象的超前支護(hù)措施。

3.3盡量減少梁端距

工作面頂板破碎成以上前問題很嚴(yán)重破碎的頂板，并在上面形成浮矸層不同厚度位置的屋頂，移動支架在浮矸過程將沿著支架下降，從而增加了頂板面積。因此，縮短煤巷工作面梁端距離，采取臨時支護(hù)措施控制破碎頂板是一種行之有效的措施。

3.4伸縮支護(hù)架以及金屬網(wǎng)

頂板穩(wěn)定性差，工作面支架的選擇應(yīng)與護(hù)板和擴(kuò)展能力，在切斷采煤機(jī)的地區(qū)完成工作，垂直支撐架將前進(jìn)或護(hù)板和膨脹裝置打開，只是暴露的頂板支護(hù)，將伸縮裝置延伸為了減少端面之間的距離。在支架上方的頂板上設(shè)置金屬網(wǎng)能有效地控制頂板垮落現(xiàn)象。在樹冠上方鋪設(shè)金屬網(wǎng)，可暫時將頂板破碎形成整體，從而提高頂板的效率，值得注意的是，在正常情況下金屬網(wǎng)鋪設(shè)兩層，加大控制力度。

3.5走向梁架立

靠近破碎頂板的位置，在煤壁上放置一個放在巢內(nèi)的梁，梁的兩端分別對著煤壁和頂架上的支架。避免梁、孔的位置，避免易損件的煤壁，避免其他安全事故的發(fā)生。

3.6帶壓擦頂移動支護(hù)架

在移動支架的工作阻力必須設(shè)置，以保證支柱、橫梁靠近頂板前移，可以減少破碎頂板支架在一定程度上移動的活動量，防止移動支架的破壞。

4結(jié)論

通過對煤礦和現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上，適應(yīng)性對破碎頂板現(xiàn)有機(jī)制的本質(zhì)的分析，對現(xiàn)有礦區(qū)布局分析，工作面開采技術(shù)參數(shù)，對破碎頂板的控制效果，對現(xiàn)有管理方法的利弊分析。從而了解了煤礦頂板破碎的原理及成因，深刻認(rèn)識到頂板破碎的危害性。如何防止頂板破碎，加強(qiáng)工作面安全生產(chǎn)，提出了一些合理、實(shí)用、實(shí)用的建議，對煤礦后期的發(fā)展具有指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

王澤強(qiáng) 1979年6月 男 山東省肥城市 采礦助理工程師 研究方向：回采、掘進(jìn)、安全管理