28406綜采工作面頂板破碎帶冒頂原因分析及防治

王國威

（山西西山煤電股份有限公司 西曲礦，山西 太原 030200）

頂板管理是綜采工作面的安全重點，對于破碎頂板而言，頂板裂隙發(fā)育，穩(wěn)定性和連續(xù)性較差，若管理不當極易出現(xiàn)頂板冒漏現(xiàn)象。頂板冒漏輕則影響工作面正?；夭?，重則會造成支架傾倒、設備損壞和人員傷亡等事故。因此，本著安全回采的目的，在回采過程中遇到頂板破碎帶，應給予高度重視，并采取相應的措施，如化學注漿、穿棚上網等，這些措施的實施對于確保頂板安全，保證工作面安全回采具有重要的意義。西曲礦28406工作面受到斷層、陷落柱、上部采空區(qū)等因素的影響，局部頂板破碎，在回采過程中多次出現(xiàn)頂板冒漏事故，給工作面回采造成了不利影響，鑒于此，決定以該工作面為研究將對象，分析破碎頂板冒漏產生的原因，并提出針對性措施，以期提高工作面安全水平。

1 工作面概況

28406綜采工作面位于北四盤區(qū)，東臨28405工作面采空區(qū)，西部、南部和北部均為未開采煤層。該工作面所采煤層為太原組8#煤層，煤層均厚4.0 m，平均傾角為4°，煤層結構相對簡單，賦存穩(wěn)定，屬于穩(wěn)定可采厚煤層工作面。28406工作面?zhèn)雾敒楹?.4～1.2 m的泥巖，泥巖穩(wěn)定性較差；直接頂為1.2～2.4 m的粉砂巖，粉砂巖局部節(jié)理裂隙發(fā)育；基本頂為2.7～4.6 m的石灰?guī)r，石灰?guī)r致密性好，硬度高；直接底為厚0.2～1.1 m的炭質泥巖，泥巖破碎；基本底為厚1.2～3.1 m的致密砂巖。工作面布置兩條回采巷道，通風方式為“一進一回”式，巷道采用“錨網”支護，工作面走向長度和傾斜長度分別為1522 m和173.5 m，采場支護選用ZY5600-21/46型支架。根據地質資料顯示，回采過程中會揭露斷層8條，陷落柱4個，同時受到上部24304工作面采空區(qū)的影響，28406工作面局部頂板節(jié)理裂隙發(fā)育。

2 破碎帶冒頂原因分析

28406工作面在回采期間多次出現(xiàn)頂板冒漏現(xiàn)象，根據統(tǒng)計分析可知，90%以上的冒頂出現(xiàn)在構造帶附近，正?；夭善陂g冒頂次數不足10%，且冒頂范圍較小。對冒頂事故進行統(tǒng)計分析，認為引起頂板冒頂的最主要原因是構造帶和上部采空區(qū)的影響造成工作面頂板變形破壞，同時在回采期間未采取有效的支護手段，最終導致頂板冒漏的發(fā)生。具體分析：

1）地質構造帶的影響

根據地質資料顯示，工作面在回采期間會揭露至少8條斷層和4個陷落柱，斷層和陷落柱的存在破壞了工作面頂板的連續(xù)性和完整性，使構造帶周圍頂板形成破碎型頂板。同時構造應力會對頂板產生沖擊式壓力釋放，改變頂板巖體的受力情況，造成頂板破碎性加劇。另外，陷落柱周圍往往會伴生大量的小型正斷層，伴生斷層的存在會造成周圍煤巖體破碎加劇，使圍巖變得更加疏松，這也是引起破碎頂板冒漏的重要原因。

2）上部采空區(qū)的影響

近年來，國內諸多學者對回采工作面底板破壞進行了深入研究，提出了底板破壞“三帶”理論、底板關鍵層理論等理論，這些理論表明，在工作面回采期間， 回采擾動會對底板影響和破壞［3-5］。28406工作面上部為24304工作面采空區(qū)，兩工作面煤層間距較近，根據底板破壞理論可知，24304工作面的開采會一定程度的造成28406工作面頂板破壞，同時，28406工作面受到地質構造的影響，頂板會進一步破壞形成局部破碎帶，支護不當易出現(xiàn)冒頂。

3）支護手段的影響

支架的支護狀態(tài)與破碎頂板冒漏有直接關系，根據28406工作面過破碎帶支護阻力統(tǒng)計可知，支架初撐力主要分布在2000～3500 kN，約占統(tǒng)計數的45%，支架初撐力合格率僅為31%。對28402和28404工作面統(tǒng)計分析可知，支架初撐力合格率在40%、60%、80%時，支架端頭冒頂率分別為21%、14%和6%，說明提高支架初撐力可有效降低頂板冒漏率，故28406工作面過破碎帶時提高支架初撐力是避免冒頂事故發(fā)生的重要途徑。此外，支架初撐力不足，上方頂板處于弱支護狀態(tài)，由煤體和支架共同承擔的頂板壓力轉而由煤體起主要支撐作用，煤體受力過大易造成煤壁片幫，增加頂板空頂面積，控制不當容易導致頂板失穩(wěn)。

另外，拉架順序不當，拉架跟機距離過大，都容易造成空頂面積加大，易造成頂板冒漏；回采速度過慢，頂板彎曲下沉量增加，也易導致冒頂發(fā)生；采高設計不合理或者超高采煤，都會一定程度的增加煤壁的不穩(wěn)定性，降低了對頂板的支護作用，不利于頂板穩(wěn)定。

3 破碎帶頂板控制及冒頂處理

3.1 破碎帶頂板控制

（1）鋪網過斷層：考慮到28406工作面頂板破碎帶多是由于斷層、陷落柱等構造帶引起，頂板圍巖條件較差，頂板巖體破碎程度較高，頂板控制難度相對較大，決定對破碎帶范圍實施頂板鋪網處理。根據ZY5600-21/46型支架特點，認為鋪網控制破碎頂板的關鍵在于鋪網工藝的確定，經過現(xiàn)場試驗比對，決定采用由12#鐵絲編制的孔徑為30 mm×30 mm，規(guī)格為10 m×1.25 m的金屬網，走向和傾向方向采用壓茬式聯(lián)接，且要求網片間搭接不低于200 mm，網片間捆扎要求不超過200 mm，聯(lián)網方式見圖1。

圖1 28406工作面過頂板破碎帶頂板鋪網

（2）注漿加固：實踐表明，頂板鋪網能夠較好的避免破碎帶冒漏，但是鑒于生產過程中支架前梁前上方受到采動和礦壓影響，若拉架不及時、支護滯后等影響，碎裂度較高的頂板還是會出現(xiàn)冒漏現(xiàn)象，此時可采用提前注漿加固來提高頂板巖體的穩(wěn)定性和整體性。28046工作面注漿選用瑪麗散，瑪麗散注入巖體后可快速形成機械性能強、粘合力高的混合物，能夠迅速將松散煤巖體粘合一起，根據28406工作面實際，注漿鉆孔間距布置為6 m，注漿孔深6 m，注漿結束以漿液從煤巖體中溢出為準。通過對破碎帶注漿加固，有效的提高了破碎帶巖體的穩(wěn)定性、整體性和強度，極大的避免了破碎帶冒漏事故的發(fā)生。

3.2 破碎帶冒頂處理

（1）架棚處理冒頂：當支架頂梁前方出現(xiàn)冒頂后，若冒頂范圍和高度較小，應及時拉超前架，并打開護幫板進行護幫，避免頂板冒漏程度加劇；若冒漏范圍相對較大，拉架和護幫后仍未能對冒漏區(qū)域形成有效支護，則可采取架設棚子來進行支護，即在冒頂區(qū)域架設鋼梁，鋼梁一端架設在支架頂梁上，另一端朝垂直煤墻，在鋼梁下方打貼幫單體柱，然后在鋼梁上架設半圓木、道木等直至接頂，將貼棒單體柱和支架升緊，在回采過程中采用擦頂移架方式在鋼梁下方拉架直至通過冒頂區(qū)。

（2）化學注漿處理冒頂：出現(xiàn)冒頂范圍較大時，待冒頂區(qū)域巖體性對穩(wěn)定后，沿走向架設鋼梁棚，老空端架在支架梁頭，煤墻端下面打點柱，然后在木棚上方的碎裂煤巖體中注射瑪麗散，將碎裂煤巖體粘合在一起；而后利用羅克休進行冒頂區(qū)填充，羅克休進入冒頂區(qū)后迅速膨脹具有一定抗壓強度的塑形體，進而阻止周圍巖體移動，根據現(xiàn)場實際可進行多次填充，待將采空區(qū)完全填充后方可進行回采。破碎帶冒頂區(qū)域注漿處理見圖2。

圖2 28406工作面破碎頂板冒頂化學注漿處理

4 結語

頂板破碎帶管理是礦井安全管理的重點和難點，如若管理不當極易造成頂板冒漏，引發(fā)安全事故。頂板破碎帶安全管理的重點在于管控為主，因此，工作面在過頂板破碎帶時應認真研究頂板破碎帶引發(fā)冒頂的主要影響因素，并有針對性的提出破碎頂板的管控方案。對于已經發(fā)生的冒頂，要根據冒頂情況采取不同的積極主動措施，盡量減小冒頂對回采的影響。通過28406工作面生產實踐可知，通過頂板破碎帶管理措施的實施，該工作面大幅度降低了破碎帶頂板冒漏率，工作面回采速度提高了將近25%,經濟效益顯著。