煤矿回采工作面破碎顶板控制关键技术研究

张忠

摘要：煤矿顶板事故直接对煤矿的安全生产产生巨大威胁。根据某煤矿的实际工程地质条件以及生产状况，我们通过研究回采工作面、超前破碎顶板冒落机理和影响因素等方面进行详细的分析，从而得出发生端面冒顶的主要因素为地质因素、端面距与支护强度及人为因素采用铺金属网、架走向梁、加强职工培训及工作面顶板管理等措施，可有效的确保工作面安全、高效生产。

关键词：煤矿回采；工作面；破碎顶板；控制关键技术

中图分类号：X752文献标识码： A

1.矿井概况

煤矿位于安徽省滩溪县城南15公里，宿州市西北约35公里。南起百善集，北至南沱河，南北长约8公里，东西宽约2~4公里，含煤面积约22.5平方公里。濉阜铁路从矿区东南百善集通过，往北经青龙山转符夹线接津浦、陇海及京九等十线。宿永与濉蒙公路在百善集交汇，交通较为便利

煤矿可采煤层两层，均形成于二叠系，其中6煤全区可采，5号煤层局部可采。

矿井地质构造形态为一总体呈近南北向延伸的左旋“S”型复式向斜构造盆地，共发育较大断层20条，断距大于30m的4条

煤矿水文地质条件属简单~中等型(矿井北部为中等类型)。根据沉积特征及富水性，结合区域含隔水层组和木本井田水文地质特征，将本井田划分为新生界松散层含水层(组)、基岩风化带含水层(组)、煤系砂岩裂隙含水层(组)和太原群灰岩含水层(组)。

2综采工作面破碎顶板控制技术研究

2.1破碎顶板冒顶机理及影响因素分析

破碎顶板多发生在断层带、褶曲、节理裂隙穿旧巷隙等地段，主要表现为顶煤或顶板强度较低，在矿山压力的作用下极易断裂，有时顶板呈现为较碎块状，甚至粉末状。破碎顶板冒顶的机理及规律如下。

2.1.1由于地质变动过程中岩层受拉、挤压或受剪切力的作用将岩层切断形成断层，破坏了顶板的完整性，使断裂面附近顶板裂隙发育、破碎，断层面间多充以粉状或泥状物，断层面比较光滑，使上、下盘间的岩石无粘结力，使顶板管理失去了规律性。

2.1.2由于地壳运动使地层岩石不再能承受水平压力而出现褶曲，褶曲内的构造应力和残余应力影响到原岩应力场的分布状态，容易在背斜和向斜区域聚集大量的弹性能，引起局部冒顶。

2.1.3由于煤层受挤压作用的影响，使挤压的煤、岩层变薄，而且顶板挤压后会形成许多节理、裂隙滑动面，使顶板大多变的非常破碎，由于其单独和孤立性，容易脱落造成局部冒顶，甚至有时把支架推倒，造成大冒顶。综合机械化开采破碎顶板工作面端面冒顶是影响矿井安全、高产高效生产的重要因素，综合考虑煤矿的实际工程地质条件及生产状况，分析得出发生端面冒顶的主要影响因素如下

(1)地质因素

煤与围岩的强度、节理、裂隙、断层、褶曲等地质构造是影响顶板稳定与否的内因。断层落差越大，附近涨性构造裂隙越发达，岩性越松软，冒顶可能性也越大。

(2)端面距

顶板冒落程度用冒落范围占工作面总长的百分比表示，工作面端面距与冒落程度的关系是随着端面距的增加，冒落程度亦随之增加。

(3)工作面推进速度

工作面推进速度是影响顶板冒落程度的另一重要因素，工作面推进速度增加，工作面支护速度也加快，这不仅减少了支架对工作面反复支撑的次数，减少了支架对顶板的破坏，而且降低了煤与围岩的变形量，从而降低了工作面冒顶事故的发生。

(4)支架初撑力及支护强度

工作面支架平均支护强度与顶板冒落程度大致呈双曲线关系。端面冒顶事故的明显变化区间为支架工作阻力在250~300KN/m2，低于此区间，端面冒顶急剧增加，高于此区间，对端面冒顶的影响不大，因此合理的支架工作阻力对于防止冒顶事故的发生有重要影响。

支架的初撑力对支架的支护强度及最终支护效果有显著影响，因此，应当确保工作面支架有足够的初撑力。另外，良好的支护状态会提高支架对顶板的控制能力，减少冒顶事故发生。

采煤工艺对支架的支护状态也存在一定程度的影响。由于采煤工艺不当，伪倾角掌握不好，造成输送机上市下滑，支架不再垂直工作面，支架间呈台阶错茬，会影响支架的支护状态，导致顶板事故的发生。

(5)人为因素

人为因素是影响工作面冒顶事故发生的重要主观因素，主要包括工人思想麻痹、违章违纪、技术缺陷及设计缺陷，工作面冒顶事故人为原因统计分析见图1所示。从统计图中可知，提高职工素质，加强工作面顶板管理是减少冒顶事故发生的又一重要途径.

图1冒顶事故人为原因统计分析图

通过对破碎顶板冒顶及片帮的主要影响因素进行分析，并结合煤矿现场情况及矿压观测结果，煤矿存在地质构造较复杂、工作面推进速度较慢、支架工作阻力不足及初撑力不能达到要求等问题，容易形成工作面推进速度慢导致顶板冒顶及煤壁片帮严重，顶板冒顶及严重的煤壁片帮又导致工作面推进速度进一步降低，形成恶性循环，应当在开采过程中对以上几个方面进行加强管理，保证工作面支架的初撑力及工作面推进速度，在后续支架的采购中可考虑提高工作阻力及改变现有架型。

2.2破碎顶板的合理控顶措施

在回采工作面各项生产要素中，尤其是破碎顶板工作面，顶板管理作为一项关键内容被放在一切生产过程的首要位置。科学的顶板管理方法对保证回采工作面的施工安全、质量及高产高效等起到了极为重要的作用。

破碎顶板的主要特点就是其破碎易冒落。破碎顶板允许暴露的时间较短，暴露面积小，如不进行及时支护易发生漏顶事故，如得不到及时有效地控制，漏顶范围会越来越大，甚至造成较大的冒顶事故。为了防止破碎顶板发生漏垮型灾害，必须在局部冒顶发生以前就要妥善地控制住顶板为此，基于皖北矿区某煤矿的实际工程及生产条件，根据破碎顶板的冒顶机理及影响因素，防止局部冒顶事故的发生，可采取以下措施

2.2.1加强工作面地质勘探工作，在工作面同采前必须提供详细的地质说明书，包括工作面地质构造变化、断层产状、褶曲和破碎带、节理裂隙发育状况、水文地质情况等，并制定切实可行的、有针对性的措施。

2.2.2充分做好及时支护及超前支护。采煤机割煤后先移支架，后移输送机，可采取超前采煤机进行移架，使支架顶梁顶住煤壁，防止顶板暴露出来面得以提前支护。

2.2.3破碎顶板在进入顶梁上方时己很破碎，且在顶梁上方形成厚度不等的浮矸层，移架时浮矸从架间及端面漏下，也可造成端面冒顶扩大。对于综采、综放工作面来说，最好尽量减少梁端距，如有可能梁端距为零最好。在这种情况下，要采用临时支护的办法来控制顶板

2.2.4煤层顶板不稳定，工作面尽量选择前梁具有伸缩性能并带有护帮板的支架，采煤机通过后立即前移支架或及时打开伸缩梁和护帮板，支护刚暴露的顶板煤帮，伸出伸缩梁，最大限度缩小端面距。

2.2.5铺金属网。在支架顶梁上铺金属网，这是控制破碎顶板的有效办法。铺顶网能使破碎顶板形成一个整体，达到改善顶板之功效。顶网一般铺双层。

2.2.6架走向梁、在煤壁靠顶板处掘一梁窝，将走向梁的架在支架的顶梁上端架在煤壁上，另如果煤壁容易片帮，煤壁上不适宜或不能掘梁窝，这时可靠近煤壁侧打一临时贴帮柱。

2.2.7带压擦顶移架。移架时让支柱仍保持一定的工作阻力，使顶梁贴着顶板擦顶前移，一定程度上可以减轻移架时顶板岩层的活动，减少由于移架而造成的顶板破坏。

3结束语

通过分析某煤矿现有破碎顶板的性质及形成机理，了解现有设备对顶板的适应性，分析现有采区布置方式、工作面参数、回采工艺对破碎顶板控制的影响;分析现有管理方法的优缺点。使我们了解了煤矿顶板破碎发生的原理及成因，深刻认识到了顶板破碎的危害。对如何防止顶板破碎，加强同采工作面的安全生产，提出了几项合理的，具有可操作性及实用性的建议，对煤矿后期发展具有指导意义。

参考文献：

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