浅谈含有分层煤大采高综采工作面顶板控制

张丁丁++李占龙

摘 要：顶板事故是煤矿生产过程中的常见灾害。工作面回采过程中，顶板破碎冒落，煤壁片帮除影响工作面快速推进外，还容易造成人员伤亡，大面积顶板垮落甚至会造成群死群伤事故。工作面回采过程中，通过对顶板进行有效控制，保证顶板完整性，可最大程度降低顶板事故的发生。

关键词：综采 大采高 分层煤 节理发育软煤层 顶板控制

中图分类号：TD327.23 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）06（b）-0077-02

随着煤炭开采技术的进步，采煤机械化的不断提高，煤炭开采过程中顶板事故已由突发性、非可控性逐渐向可预见、可控制性发展，特别是微震监测、矿压在线监测[1]等技术的应用，通过矿压数据的采集、分析及总结，已能基本掌握矿压显现规律，为综采工作面回采过程中顶板的控制提供数据支持。该文结合营盘壕煤矿煤层赋存条件，通过选择合理支护设备，确定正确的支护参数，满足大采高，分层煤回采时对顶板支护的要求，减少煤壁片帮程度，降低因煤壁片帮造成空顶面积大而造成的顶板冒落事故。

1 节理发育软煤层对顶板控制的影响

营盘壕2-2煤层，煤层倾角小，平均3°，煤层厚度大，平均厚度6.4 m，通过钻孔探明及掘进揭露发现煤分层显现，煤层中部出现一层厚约1.3 m的煤层，该层煤节理发育，与上下两层煤分层明晰，掘进过程中，该层煤片帮严重，导致巷道成型差，支护困难。如图1所示。

工作面回采过程中，对节理发育层的有效控制，成为顶板控制工作的重中之重。节理发育层分层自身抗压强度小、稳定性差，而且影响煤体整体力学性质。对于大采高工作面，煤壁节理发育层对煤壁片帮规律的影响较为明显，主要表现在以下方面。

（1）顶部坚硬分层。坚硬分层自身力学性质较好，在顶板压力作用下表现为分层下位煤体的剪切破坏，而上分层自身一般不随下位煤体发生片帮现象。

（2）节理发育软煤层。对于节理发育层，在顶板压力作用下，节理发育层表现为自身首先失稳或与下部煤层同步失稳，节理发育层失稳，导致该煤层首先破碎、失稳，通过自身体积的改变，可以从一定程度缓冲顶板压力对煤壁的影响，减少煤壁片帮。但如果顶板压力较大，该煤层首先失稳，大面积片帮会导致上部煤层失去有效支撑，而出现大面积冒落，从而引起顶板垮落。见图2。

对该层煤的管理直接影响工作面顶板的管理。工作面顶板垮落分为推垮型、压垮型及漏垮型[2]，根据营盘壕煤矿煤层赋存情况及开采条件，2-2煤層回采前期如顶板控制不到位极易引起大面积漏垮型冒顶。

2 针对含节理发育软煤层顶板控制方法

根据煤层赋存条件，选择合理支护设备及支护参数，根据工作面顶板情况，采取正确的设备操作方法，是控制顶板切实可行的方法。

2.1 液压支架选型原则

工作面液压支架选型时能撑得起、扛得住、盖得严、护得全。液压支架工作阻力虽不能改变上覆岩层的活动规律，但支架的主动支护能在一定程度上推迟上覆岩层的下沉[3]，合理的工作阻力在短时间内能控制顶板的下沉量，保证顶板的相对完好型，选择合理的支架型号，通过插板的规范使用，护住架前顶板，减小空顶面积；选择合理的护帮板，实现对煤壁片帮区域的有效控制，真正做到撑起、扛住，护全、盖严。

2.2 液压支架对分层煤煤壁及顶板的控制

对于大采高分层煤回采时，控帮即控顶，一旦发生大面积片帮，因液压支架支护面积有限，煤壁片帮导致出现大面积空顶，失去支护的顶板受采动影响，出现破碎、垮落。煤壁破坏主要与三方面的因素有关：煤壁上部压力、煤体强度及裂隙分布、煤壁高度。煤壁受剪切破坏产生片帮的主要原因：在顶板载荷作用下，煤壁表面会产生与煤壁垂直方向的变形和蠕动，最终煤壁会发生剪切滑移破坏，当煤壁处于极限状态时，它会沿一条滑移面滑动、掉落，即为煤壁片帮。而含节理发育软煤层的煤壁由于煤层节理发育，煤层抗剪切强度小，煤层的横向及蠕动变形会释放或缓解由于压缩而产生的横向应力，最终由于煤壁内的剪应力大于抗剪强度而发生剪切滑动破坏，相较于硬煤层提前受到破坏。在不改变煤层性质的条件下减小煤壁片帮的最有效途径是降低煤壁高度和缓解煤壁压力。而对大采高工作面顶板的有效控制有两个：一是控制工作面采高，一是提升支架的初撑力及工作阻力[4]，抑制顶板的早期下沉，最大限度地保持直接顶的完整，防止冒顶及顶板下位岩层与上位岩层离层，来缓解煤壁超前压力的影响。在回采高度一定的情况下，通过提升支架初撑力及工作阻力，既能降低顶板载荷对煤壁的破坏，又能在短期内控制顶板的下沉量，对工作面顶板有效控制。

参考文献

[1] 王红旗.矿压监测在三软煤层综放开采中的应用[J].山东工业技术（上旬刊），2016（16）：58.

[2] 刘君.采煤工作面大型冒顶灾害防治[J].科技风，2015（12）：178.

[3] 孙善光，刘岩.程建亮.中厚煤层工作面上覆岩层运动规律研究[J].统计与管理，2016（6）：72-73.

[4] 华新祝，谢广详.大采高综采工作面煤壁片帮即控制技术[J].煤炭科学技术，2008（9）：1-3.