大采高综采工作面架前漏顶的处理措施

马陈社

（山西亚美大宁能源有限公司，山西 晋城 048114）

大采高综采工作面架前漏顶的处理措施

马陈社

（山西亚美大宁能源有限公司，山西 晋城 048114）

通过对105大采高综采工作面遇到复杂地质条件时架前漏顶的跟踪处理及地质情况评价，分别从预防、技术控制和组织管理的角度，提出了大采高综采工作面顶板管理的对策。

大采高综采工作面；架前漏顶的处理；顶板管理对策

大宁煤矿属于高瓦斯矿井，矿井生产能力为4.0M t/a，井田面积38.8225k m2，开采3号煤层。矿井现布置有1个回采工作面，4个掘进工作面。回采工作面采煤方法为一次采全高单一倾斜长壁采煤法（工作面采高控制在5.0m），综采工艺，采用全部跨落法管理顶板。

井田东部构造形迹以褶皱为主，含煤地层沿走向、倾向的产状变化不大，断层较小（断距不大），受古河道冲刷带、岩性变化异常区及小型陷落柱的影响，煤层厚度变化较大。井田地质构造复杂程度为中等。

1 105工作面概况

105综采工作面属3号煤层一采区东部的第5个采面，长202m，回采长度2325m。工作面煤层厚度4.4m～5.67m，平均厚度4.94m，煤层倾角2°～9°，平均倾角4°，伪顶为炭质含炭泥岩，厚度约为0.1m～0.3m；直接顶为泥岩，厚度约为4.0m；老顶为中、细砂岩，厚度约为4.5m，机尾附近顶板岩性较好，机头附近老顶为粉砂岩、中细砂岩和泥岩互层。直接底为泥岩，厚度约0.9m；老底为粉砂质泥岩，厚度约为6.5m。煤层结构较复杂，有2层～4层夹矸，主要分布在煤层的中下部。地质资料显示回采区域共存在1个背斜、1个向斜、6个断层（断层落差通常为0.5m～2.5m）及三处地质构造异常区（分别在工作面的350m～500m、750m～900m、1500m～1800m之间），地质构造应力较集中，对回采影响较大。

工作面设备选型为：D BT2550/5500-2*3926-1750型电液控制掩护式支架，7L S 6-型双滚筒采煤机，P F42×800k W型刮板输送机。

2 工作面回采工艺

工艺流程：斜切进刀→割三角煤→割煤→移架→推溜→斜切进刀

支护方式：采用电液控制顺序移架，邻架操作、先降后移。正常割煤时，采用跟机顺序移架的方式，移架工序滞后采煤机前滚筒1个～2个支架完成。移够步距后立即升架，并将护帮板打至煤壁。如顶板压力较大有漏冒危险或顶板比较破碎时，采取擦顶带压移架、超前移架方式，以防止顶板漏冒。

3 回采期间的顶板管理及矿压观测

3.1 顶板管理的基本要求

工作面顶板管理的基本要求是跟顶回采，保持顶板平整完好，不漏顶、掉顶；两端头顶板支护安全可靠，确保足够的通风空间和行人安全，为回采创造良好的条件。

3.2 工作面矿压观测及预测预报

105综采工作面共安装液压支架129架，所有支架P M 4控制器和支柱压力表上均可显示工作面支架阻力。采用支架初撑力及支架工作阻力与工作面推进距离的关系的观测方法，即工作面支架移架后，读出支架P M 4控制器上压力传感器上的读数即为支架初撑力，当回采完一个循环采煤机割煤前可从压力表上立即读出最大工作阻力。初采期间，每班至少记录2次。通过对支架工作阻力变化规律的记录、分析，即可较为准确的掌握顶板来压规律。

4 105工作面架前漏顶处理过程

4.1 工作面的漏冒情况

当工作面从切眼开始推进至287m位置时，30号～49号架间约28m长的区域发生漏冒，平均冒落高度为5.0m以上，片帮深度约1.5m。冒顶造成大量矸石堆积在工作面的运输机上，致使运输机无法正常启动。

4.2 工作面的地质及漏冒现状评价

工作面的直接顶主要为5号左右的泥岩和碳质泥岩，节理和裂隙比较发育，R Q D指标为0，在直接顶之上，为强度中等的3m左右的粉砂岩。

影响工作面漏顶的主要地质构造有：王家庄背斜轴，从工作面中部穿过（走向N E S E向）；在工作面前方约40m～60m处，存在近东西走向的次生向斜构造；位于6041～6042横川之间F105-1、F18断层向工作面延伸。105工作面主要地质构造示意图，见图1。

图1105 工作面主要地质构造示意图

工作面的现状是：30号～49号架为严重冒顶区域，煤壁片帮，冒落矸石充填煤帮及顶部；49号～60号架为顶板破碎区域，局部冒落，有片帮的倾向。

4.3 对漏冒区域的处理方案

4.3.1 采用锚索对漏顶区域锁口

采用Φ17.8m m×7500m m锚索对25号架～30号架及49号架～60号架间的漏冒区域与正常区域的接茬部位进行锁口支护，即从顶帮正常区域由外向内在此区段的每个支架前梁距煤壁之间安装2根锚索，其中靠近采空区的1根垂直顶板安装，另1根偏向煤帮45°方向安装，以防漏冒区域进一步扩大。

4.3.2 采用人工架棚的方式进行构顶

在支架下方的安全处搭设牢固可靠的工作台，用Φ10m m的铁链连接在相邻两个支架顶梁前的圆孔，把长3m方木的一端搭铁链上，另一端支在煤帮上。将支架护帮板收回少许，使护帮板和方木相平，把木板梁构筑在方木和护帮板的上部，至少要构筑6层。根据现场实际情况，在每根方木下支设单体柱或用1.3m长的方木支设“田”字型木垛（单体柱或木垛距煤溜电缆槽挡板的距离要保持在3.5m以上，以确保采煤机有足够的过机空间）。在棚梁下方的煤帮上，每隔2m安装按45°倾角安装Φ17.8×7500m m锚索，相邻的锚索用槽钢连接，把支在煤帮的方木一端用Φ10m m的铁链固定在槽钢上。

4.3.3 采用化学注浆（如波雷因）的办法对顶板破碎区域及严重漏冒区域的顶、帮进行预加固

根据工作面冒顶和破碎区段顶板及煤帮实际情况，分两段进行注浆：

第一注浆段重点对煤壁上方破碎的直接顶板进行加固。在30号架～49号架处沿工作面推进方向打两排注浆孔，其中，下排孔布置8个～10个孔，距煤层顶板1.5m(孔位根据施工现场情况决定)，间距3m，以水平方向垂直煤壁打孔，孔深6m。上排布置9个～11个孔，沿煤层顶板分界面布置，现场布置锚索槽钢梁的上部0.2m处，间距3m，以和水平方向呈5°～10°仰角垂直煤壁钻孔，孔深6m，上排孔和下排孔呈三花眼交错布置。孔径均为42m m。直接顶板加固具体布置，见图2。

图2 直接顶板加固具体布置图

工作面每推进2m～3m，进行下一轮注浆。预计每孔注浆量400k g。通过注浆可以使松散破碎的煤岩体粘在一起，整体性增强不易冒落，确保冒顶区不再向两边扩展；当地质条件有发生大的变化时，要及时调整注浆量和钻孔参数。

第二注浆段对25号～30号、49号～60号（约24m）段漏冒区域与正常区域的接茬部位进行预加固，该区段煤壁和顶部已安装锚索进行了加固，重点加固是顶板，其次是煤壁。

在工作面煤壁上部（顶板下1.5m～2m范围）钻孔布置两排，每排布置8个～10个孔，间距3m，其中：上排孔距顶板1.2m；与水平夹角为15°～25°，孔深5m。下排孔距顶板1.8m、与水平夹角5°～15°，孔深5m，每孔注200k g，三花眼布置，注浆后每推进2m～3m，进行下一循环注浆，注浆后确保推溜、拉架工序正常进行，不发生影响推进的片帮、冒顶现象。当地质条件发生大的变化时，要及时调整注浆量和钻孔参数。接茬部位预加固具体布置图，见图3。

图3 接茬部位预加固具体布置图

根据破碎带煤体的承受能力和最小抵抗面及工作面围岩条件，当工作面供风风量不低于3m3/m i n、供风压力不低于0.5M P a时，设计深孔注浆终压4M P a。

本次处理工作面架前冒顶，共施工注浆钻孔26个，实际压注化学浆共450桶（约11.25t）。

4.4 施工效果

通过实施以上工艺，工作面连续稳定推进，工作面每班平均向前推进5m，未发生漏冒顶事故。

5 冒顶原因分析及处理措施

5.1 地质原因

从工作面地质构造和综合柱状图以及附近顶板现场取芯可以看出，受王家庄背斜、次生向斜和派生断层的影响，在推进过程中，工作面前方出现了顶板及煤帮破碎区域，影响范围分别为50m～100m和40m～60m；直接顶主要为7.1m～9.4m的灰黑色泥岩或互层结构，性软、易碎，随采随冒，随着工作面的继续推进，王家庄背斜构造对工作面影响范围进一步扩大，增加了架前漏冒的可能。

5.2 矿压方面原因

由于老顶“关键层”的作用，老顶的来压及强度对工作面的影响较大。根据矿山压力理论，在工作面推进到与面长相近的距离时，即推进到200m～300m的位置时，包括地表在内的老顶大结构失稳折断现象，易造成工作面的前方煤壁和支架的压力增大。当工作面煤壁上方直接顶强度较低时，在动压影响下岩层被压酥、承载能力下降，降架后如果拉架不及时，极易引发架前漏冒现象；在工作面推进过程中，老顶的周期来压也会对采面的顶帮管理带来一定的困难。

根据工作面支架的选型及综合管理手段（如工序管理、工程质量管理等）分析，在老顶初次来压、周期来压期间，在地质构造复杂区域，发生压垮型、推垮型冒顶的可能性极小，但发生漏冒型冒顶的可能性较大。

5.3 主要技术措施

在发生Ⅱ类顶板事故及以上顶板事故的情况下，需采取以下技术措施进行处理。

1）采用锚杆、锚索超前加固顶板（锁口）、煤帮的技术。只要有效地在自由面控制煤体向下、向外的位移活动，使切顶线由煤壁逐渐向采空区转移，恢复到支架顶梁后端，才能控制工作面煤壁侧片帮、漏顶的发生。基于上述分析，同时考虑采煤机的截割问题，采用锚杆、锚索超前加固破碎带煤体，变被动维护为主动维护。

2）采用挑顺山梁及架设走向棚的技术。割煤后，新暴露的顶板在短时间不会漏冒，只是在支架卸载前移时才可能漏冒。这样，就可以采用挑顺山梁的方法，先移顶梁完整处的支架，移架时，在所移支架前梁上沿平行工作面方向放置适当规格的木板梁，挑住附近不完整的顶板，然后再移顶板破碎处的支架。

当工作面顶板随采随落后，冒落的面积较大，采用挑顺山梁的方法来不及支护，而且顶板条件也不允许把前梁降下来放顺山梁时，可以在相邻支架间超前架设“1梁2柱”或“1梁3柱”走向棚，在走向棚下面再架设1架～2架设临时顺山抬棚。顺山棚梁应同时托住3架走向棚梁，这样就可以将走向棚及顺山抬棚的支柱撤出，支架在顺山梁和走向梁的保护下前移。

3）采用煤帮和顶板的预注浆加固技术。该技术主要用于过断层时工作面顶板破碎带及漏顶区域与正常区域接茬部位顶帮的预加固，其原理就是利用化学浆液（如波雷因）来充填和固结围岩(或煤层)的裂隙面，提高围岩整体性，充分发挥围岩整体承载能力，保持围岩稳定，参与巷道围岩内应力平衡。主要采用波雷因化学加固材料，该材料具有高度的黏合力及很好的机械性能，注射进地层以后，低黏度混合物在几秒钟内渗透进入细小的裂缝后膨胀，从而有效地加固和密封处理区域。需要强调的是，依据破碎带煤岩体的破碎情况、注浆压力、相关理论公式和类似工程经验数据计算，实际施工中通过调整浆液的胶凝速度、渗透性和注浆终压，以保证实际有效扩散半径不小于1.2m。

6 结语

大采高综采工作面回采过程中的顶板管理是工作面生产管理和安全管理中的一个非常重要的环节，105大采高综采工作面在遇到背斜轴、次生向斜构造、断层等复杂交错的地质条件的下，回采期间连续发生架前漏顶，通过采取切实可行的预防措施、技术措施及组织管理措施，工作面顶帮得到了有效的控制，实现了安全平稳推进，为今后大采高综采工作面推进中遇到类似架前漏冒后的处理及顶板管理提供了积极的对策及思路。

ManagemenTand Leaking TreatmenTfor the RooFin fronToFSupports on Fully-mechanized Mining Face with Large Mining Height

MA Chen-she
(Yamei Daning Energy Co., Jincheng Shanxi 048114)

By the tracking of roof leaking in front of supports when 105 fully-mechanized working face under complex geological condition and geological evaluation, the study proposes countermeasures for the roof management from the perspective of prevention, technology control and management.

fully-mechanized mining face with large mining height; treatment for roof leaking in front of supports; roof management

TD 823.97

A

1672-5050（2011）10-0045-04

2011-07-30

马陈社（1973—），男，山西阳城人，大学本科，工程师，从事煤矿采掘技术的现场管理与监督。

徐树文