建新煤矿综放工作面煤墙片帮冒顶原因分析及防治对策

王朝

【摘 要】 通过对建新煤矿综放工作面顶板、煤壁现状的现场观测和分析，总结出综放工作面煤壁片帮、端面顶板冒落的特点、形态和煤壁片帮冒顶的原因，提出了综放工作面顶板控制措施，对现场应用具有非常理想的效果和使用价值。

【关键词】 综放工作面 片帮 冒顶

建新煤矿现已开采四个工作面，均位于41盘区，全部采用综合机械化放顶煤采煤法，全部垮落法管理顶板。工作面开采煤层为4-2煤层，倾角1～3°，平均2°左右，煤层近水平；煤层平均厚度5.65～9.95m，机采高度3.2m。煤层含夹矸1～3层，结构简单，夹矸厚度0.10～0.50m，平均0.30m。工作面倾斜长度180～200m，推进长度890～1200m。工作面在生产过程中片帮冒顶现象时有发生，通过现场实际观测，总结分析片帮冒顶的特点、形态和原因，并提出了相应的应对措施，对现场应用具有非常理想的效果和使用价值。

1 煤壁片帮冒顶的特点及形态

1.1 倒墙式片帮

煤壁上、下部片帮深度大致相等且多发生在采煤机滚筒后10m范围内，深度一般为200～400mm，主要是受平行于煤壁的节理，采煤机采动和支承压力作用的影响。这种形式的片帮出现的频度较大，在工作面周期来压期间尤其明显。

1.2 半煤壁片帮

一般多发生在沿厚夹矸下部与煤层的交线以下较深的片帮，深度一般300～500mm。造成半煤壁片帮的原因是复杂且多样的，主要是由于煤体酥软，在支承压力的作用下，煤层与夹矸发生离层而引发的。在煤壁片帮冒顶中，半煤壁片帮发生的概率较小，一般主要出现在初采初放期间调整机采层位时。

1.3 滑坡式片帮

当发生半煤壁片帮时，煤壁上部会沿着斜面下滑，并在端面上形成较大面积的空顶，深度一般为1～2m。造成半煤壁片帮发生的原因，主要是由于倾斜的煤层、断层、包裹体、节理以及移架时煤壁承受力的增大。在煤壁片帮冒顶中，滑坡式片帮发生的概率要比半煤壁片帮大，在正常生产期间特别是周期来压期间较严重。

2 煤壁片帮冒顶的原因分析

2.1 煤壁片帮的原因分析

煤层节理、裂隙较发育，同时受到工作面推进方向近似平行的影响。在工作面推进的过程中，煤体强度随着基本顶发生周期来压而降低，这增大了塑性区的范围，此时裂隙在支承压力作用下产生的发育，会增加煤体向外的位移量，从而造成煤壁片帮的发生。

2.2 端面冒顶原因分析

一般而言，煤矿片帮冒顶是矿山压力作用下，煤体因破碎下滑而发生的矿压显现现象。煤体强度会随着裂隙的发育而降低，这将增大塑性区的范围。在支承压力的作用下，塑性区的煤体向外的位移量将增大，最终向外的位移量将达到极限平衡状态，当支承压力增加或煤体强度降低时就会发生片帮冒顶的趋势。从这里的分析可知，煤壁片帮冒顶发生的关键原因是节理裂隙的发育，而煤体的块度在很大程度上受到裂隙密度的影响。节理面处于相对平整的状态，当两面相对位移量较小时，凹凸不平处的相互咬合作用将增大两节理面间的摩擦力；当两面相对位移量较大时，凹凸不平处的相互咬合作用将不能发挥其原有作用，此时的煤体将处于不连续状况，支护受力不再均匀，从而造成煤体片帮冒顶的发生。

（1）造成冒顶发生的内在因素，主要是煤层中的节理、层理、断层、包裹体等地质构造发育而引发的煤体酥软；（2）造成冒顶发生的第二个重要因素，是支架工作状态的不佳。支架工作状态不佳主要表现在以下方面：当放顶煤支架的使用年限较长时，支架各部件都处于严重老化的状态，支架串、漏液及自落现象严重；支架的移架速度较慢，使得空顶时间延长；支架的顶溜力不够；支架的初撑力达不到要求；不能够及时使用护帮板等。（3）造成冒顶发生的第三个重要因素，是采煤工艺的落后，如返空刀装煤延长了空顶时间。（4）造成煤壁片帮发生的一个重要因素，是长时间的停采。顶板下沉量与观测时间成正比，这就意味着停采时间的延长，将增大顶煤的下沉量，从而增加煤壁及端面区顶煤压缩破坏的严重程度。与此同时，由于节理面是相对平整的，当两面相对位移量较小时，凹凸不平处的相互咬合作用将增大两节理面间的摩擦力；当两面相对位移量较大时，凹凸不平处的相互咬合作用将不能发挥其原有作用，这将造成沿节理面的大位移量，使工作面出现台阶下沉，或严重片帮。

3 综放面防治片帮冒顶的措施

从前文的分析可知，造成片帮冒顶的原因多种多样，既有内在因素，又有外在因素，因此综放面防治片帮冒顶的措施主要包括以下几种：（1）对工程质量进行严格控制。要及时清理顶梁上的浮煤，从而最大限度提高支架的有效支护面积；将采高严格控制在规定的范围内，确保支架达到最佳支护效果；工作面必须采直割平。（2）对设备进行及时的检修和维护，杜绝发生跑、冒、滴、漏液及自落现象，并且适当提高乳化液泵站压力，使支架工作阻力达到设计要求，保证支架工作状态良好，减少事故停采时间。（3）坚持及时使用护帮板，防止煤墙片帮。一旦出现较深片帮，及时在支架伸缩梁上垂直于工作面用半圆木（大板或道木），控制顶板，防止因空顶时间长而诱发冒顶。（4）紧随采煤机前滚筒及时超前带压移架，减少空顶时间。（5）一旦发生轻微漏顶或滑坡式局部漏顶，必须及时采取有效措施接顶背实（或架设前探梁），控制好顶板，防止冒顶范围的扩大。（6）及时调整支架状态。防止支架受力不均，进而产生歪倒现象，失去对顶煤的控制，最终导致顶板事故。（7）采用打锚杆方法，来提高节理面之间的抗剪能力。（8）用化学凝固剂加固煤壁。如在煤壁内加注马丽散、高水速凝材料等。用化学凝固剂充填破碎围岩的裂隙及化学凝固剂的粘结作用，以增强支护结构的整体性和承载能力，提高固结体的强度和刚度。

参考文献：

[1]刘思远.综放工作面煤壁片帮冒顶原因分析及防治措施[J].中州煤炭，2006（5）.

[2]闫少宏.大采高综放开采煤壁片帮冒顶机理与控制途径研究[J].煤矿开采，2008（4）.

[3]刘耀兵，董宗斌，赵爱萍.综放工作面煤墙片帮冒顶原因分析及防治对策[J].煤，2007（1）.

[4]李涛，宋亮.预采顶分层仰采综放工作面煤壁片帮、端面冒顶分析及对策[J].山东煤炭科技，2013（5）.endprint