綜采工作面頂板災害分級預警與控制研究

宋麗萍

（寧武縣煤礦安監(jiān)站， 山西 寧武 036700）

基本頂通常為厚度較大的堅硬穩(wěn)定巖層，對工作面上覆巖層的活動起主導作用。工作面開采過后，在基本頂巖層發(fā)生周期性的斷裂、下沉，工作面產(chǎn)生周期來壓。由此可見，采場上覆巖層大結(jié)構(gòu)的破斷是無法避免的，工作面頂板的來壓現(xiàn)象一定會出現(xiàn)，必須確定合理的支護方案，保障支架的正常工作狀態(tài)。本文以某礦8707 綜采工作面為研究對象，根據(jù)“內(nèi)”“外”泄漏的檢測機理研發(fā)了YHX 型支架液壓泄漏故障檢測儀，并確定了液壓系統(tǒng)泄漏故障診斷判據(jù)。依據(jù)不同的支架故障類別下頂板的分級預警方案進行工作面過斷層時的頂板預警，同時對破碎巖體注漿，實現(xiàn)了對工作面通過斷層破碎帶時頂板的有效控制。

1 工程概況

該礦設計生產(chǎn)能力1.80 Mt/a。當前該礦主要開采區(qū)域為北山307 盤區(qū)與南山303 盤區(qū)，涉及煤層為7-3 號、7-4 號、11-1 號、12-2 號煤層。11 號煤層8707 工作面煤層賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單；煤層厚度為1.5~4.8 m，平均厚度3.4 m；煤層傾角1.5°~4.5°，平均傾角為3°；總體為一單斜構(gòu)造，走向北東，傾向南東；標高932~948 m，地面標高109~1 281 m，走向長1 502 m，傾斜長159 m。

根據(jù)地質(zhì)探測，在距離8707 工作面開切眼200 m 范圍內(nèi)有7 條斷層，斷85 m，最小0.4 m，其中一斷層發(fā)育成破碎帶，如表1 所示。

在回采過程中對于斷層裂隙帶來的影響并未引起足夠重視，僅一條斷層被評價為回采有一定的影響”，而其他三條斷層則被評價為“對回采稍有影響”。此外在工作面區(qū)域范圍內(nèi)存在較多未被揭露的小斷層，雖然小斷層對回采影響有限，但其導致的圍巖破碎對支架-圍巖穩(wěn)定性控制影響較大。11 號煤層8707 工作面在回采過程中，由于斷層破碎區(qū)的影響，先后在30-50 號和55-75 號支架區(qū)域發(fā)生了兩次大范圍冒漏頂事故。其中，55-75 號支架區(qū)受到斷層影響碎帶巖塊源源不斷涌入工作面，冒落巖塊幾乎充滿整個回采空間。此外，在發(fā)生冒頂?shù)膮^(qū)域伴隨出現(xiàn)了嚴重的片幫，多數(shù)片幫區(qū)域的片高超過1 m，片深超過1.5 m；支架壓力增大，安全閥開啟，頂梁由于上方堆積矸石的集中偏載出現(xiàn)頂梁大角度俯仰，僅處理該事故即影響正?；夭蛇_12 d。

表1 一段層發(fā)育成破碎帶

2 工作面頂板事故的預警方式分析

針對該礦11 號煤層8707 工作面開采過程中產(chǎn)生的冒頂問題，為對破碎頂板條件下工作面頂板災害形成有效的預測預報，根據(jù)支架液壓系統(tǒng)泄漏故障檢測機理研發(fā)了有別于支架實時監(jiān)測系統(tǒng)的便攜式Y(jié)HX 型支架液壓泄漏故障檢測儀。該支架液壓系統(tǒng)泄漏故障診斷判據(jù)如下頁表2 所示。

表2 YHX 型支架液壓泄漏故障檢測儀泄漏故障診斷判據(jù)

3 支架液壓系統(tǒng)故障檢測對頂板災害的預警分析

隨著工作面的推進下沉垮落，采用全部垮落法處理采空區(qū)時，直接將垮落的矸石堆積于工作面采空區(qū)，其對工作面頂板起到了一定的支撐作用，這樣所有的承載壓力都處于煤壁、支架和采空區(qū)垮落的矸石上。如果上覆巖層的荷載不變，采空區(qū)的矸石對頂板的支撐力不變，如支架工作阻力的不同，上覆巖層對煤壁產(chǎn)生的影響也將會不同。支架的工作狀態(tài)會直接影響其工作阻力的大小，隨著支架液壓系統(tǒng)泄漏程度的不斷增加，工作阻力的減小程度也就相應增大，即工作面頂板災害發(fā)生的可能性越大，故根據(jù)工作面不同的地質(zhì)及時空條件，建立不同的支架故障類別下頂板災害的分級預警方案，見表3。

表3 頂板災害分級預警方案

4 8707 工作面現(xiàn)場檢測實踐應用分析

對南溝煤業(yè)8707 綜采工作面實施支架故障診斷技術(shù)后，得出支架的故障診斷結(jié)果見表4。

根據(jù)表4 測結(jié)果，工作面過斷層時支架發(fā)生較多中度及嚴重泄漏故障，故對8707 工作面斷層破碎區(qū)進行注漿加固處理，破碎區(qū)經(jīng)過注漿加固后，整體性得到顯著提高。加固區(qū)割煤后煤壁齊整，沒有發(fā)生片幫。注漿加固，材料滲入破碎體裂隙，形成了完整的網(wǎng)狀整體。在之后的8707 工作面回采過程中，均未發(fā)生大范圍冒漏頂事故，實現(xiàn)了綜采工作面的正常開采。

表4 支架的故障診斷結(jié)果

從現(xiàn)場實踐表明，該YHX 型支架液壓泄漏故障檢測儀運行穩(wěn)定，工作狀態(tài)符合要求，可以準備的檢測和判斷架液壓泄漏故障，實現(xiàn)了對工作面頂板災害的有效預警。在該工作面繼續(xù)推進的過程中，對液壓支架進行液壓泄漏檢測，在工作面通過地質(zhì)構(gòu)造帶時提升頂板預警等級，增加檢測頻率，對出現(xiàn)各類泄漏故障的支架進行及時維修，并采取合理的加強支護方案，使工作面安全快速通過斷層及地質(zhì)破碎帶，為促進綜采工作面的安全高效生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。

5 結(jié)論

1）支架液壓系統(tǒng)泄漏分為“內(nèi)”“外”泄漏兩種，根據(jù)不同形式的泄漏特點，提出了兩種泄漏方式下的支架檢測機理。根據(jù)支架液壓系統(tǒng)泄漏故障檢測機理研制了YHX 型支架液壓泄漏故障檢測儀，并確定了支架液壓系統(tǒng)泄漏故障的診斷判據(jù)。

2）分析得出了支架液壓泄漏故障檢測儀對工作面頂板災害的預警作用，建立了不同支架故障類別下頂板的分級預警方案。

3）該礦8707 工作面檢測結(jié)果表明，YHX 型支架液壓泄漏故障檢測儀監(jiān)測效果理想，能實現(xiàn)了對工作面頂板災害的有效預警，為促進綜采工作面的安全高效生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。