复杂情况下综采工作面端头顶板管理研究

冀瑞锋　刘旭东

摘 要：以内蒙古某私人老煤矿A02工作面为研究对象，针对工作面排头压力明显；顶板破碎、漏顶片帮现象严重；排头支架下滑、倾斜倒架；端头支架与巷道下帮扛住，下出口不畅通，工作面推进速度缓慢等问题，研究制定针对性措施。采取工作面机头、机尾锚网索支护；工作面两巷打设锚索桁架加强支护，工作面两巷打设“一梁三柱”进行超前支护；三角区域及顶板破碎处打设肩窝锚索、注马丽散加固顶板；排头10架范围内不放煤等措施，彻底解决了工作面顶板管理遇到的问题，针对松软破碎煤层、顶板压力端头集中显现的工作面，提供了一套切实可行的端头顶板管理方法。

关键词：综采工作面；端头；頂板管理；锚索；金属网；破碎

中图分类号：TD327 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）16-0184-02

1 前言

内蒙古某老矿位于内蒙古自治区桌子山煤田的西翼，行政区划属乌海市管辖，其走向长3.23Km，宽1.76Km，面积约5.6848Km2。1961年开始建井，1966年5月投产，经多次技术改造，2006年生产能力核定100万吨。矿井采用斜立井混合开拓方式，单一水平分区式开采，开采煤种为1/3焦煤，主采煤层为16#层；矿井采用混合抽出式通风方式，布置两个综放工作面，三个掘进工作面。

2 A02工作面介绍

A02工作面位于北三采区16#运输下山右翼，采16#-4煤，煤层倾角5-30°，平均倾角16°，倾斜长280m，走向长度为1370m，煤层平均厚度8.5m。工作面采用走向长壁综合机械化放顶煤开采方法，全部垮落法管理顶板，机采高度3m，放顶煤高度5.5m，采放比1：1.66，循环进度0.6m。

A02工作面运输顺槽和回风顺槽均沿16#煤层走向布置、沿16#-4煤层底板掘进，运输顺槽支护方式为锚杆+锚索联合支护，回风顺槽支护为锚网+U棚支护，工作面（切眼）呈倾向布置，沿走向推进。A02运输顺槽巷道净宽5m、净高3.5m，用于工作面进风、运煤和运料；A02回风顺槽巷道净宽4m，净高3m，用于工作面回风和运料；工作面切眼净宽8m，净高3.2m。A02工作面于2011年10月开始进行回采，因工作面煤层松软、顶板破碎，工作面推进速度缓慢，截止2017年6月工作面仅推进975m。工作面机头、机尾顶板破碎、漏渣现象严重，工作面机头、机尾多次出现支架下滑、倒架现象，长期严重制约工作面正常推进[1]。

3 原因分析

3.1 工作面煤层裂隙发育，煤层松软、破碎，伪顶完整性差

（1）煤层顶、底板情况：基本顶为细砂岩，厚度0.84m，完整性较好。直接顶为炭页岩，厚度1.A02m，完整性较差。伪顶炭质页岩，厚度0.4m，完整性差。工作面伪顶、直接顶完整性差，工作面顶板破碎、漏顶。（2）A02工作面开采16#煤层，煤层结构复杂，含3-4层夹矸，煤层结构：3（0.3）0.5（0.3） 0.5（0.1）0.6（0.2、0.2）1.3（0.2）1.6。 煤层可采指数为1，变异系数15%，煤层松软。煤层4.5-5.5m为裂隙发育区域，该区域煤层破碎，完整性极差。

3.2 运输顺槽、回风顺槽顶板支护的锚索锚固区域处于采动影响区域

A02工作面开采过程中运输顺槽、回风顺槽顶板下沉现象明显，支架压力明显，排头支架处片帮、漏顶现象明显，排头支架、端头支架拉移困难，工作面推进速度缓慢。排头支架因漏顶造成支架接顶不严密，支架下滑、倾斜倒架，造成端头支架与运输顺槽下帮“扛死”。

矿井邀请中国矿业大学对A02工作面进行煤层发育情况探测，通过探测得知工作面煤层4.5-5.5m范围为破碎带，工作面采动影响区域为支架顶板上方8m范围。

A02运输顺槽、回风顺槽掘进施工时采用Φ21.8mm×8300锚索，锚固区域为采动影响区域。随着回采作业，锚索锚固区域受采动影响发生沉降，锚索起不到设计的顶板悬吊作用，造成运输顺槽、回风顺槽顶板沉降明显，工作面端头区域应力集中。

3.3 工作面支架服务年限过长，初撑力达不到设计要求

A02工作面于2011年10月开始回采，截止2017年支架服务年限已长达6年之久，加之工作面因防灭火需要进行封闭、注液氮，造成工作面支架锈蚀现象严重，工作面大立柱卸液、漏液现象极其严重，工作面支架初撑力达不到设计要求。

3.4 两巷超前支护强度不足

A02工作面运输顺槽、回风顺槽打设带帽单体液压支柱进行超前支护，大帽支撑面积小，起不到应有作用。回采过程中，单体液压支柱出现卸液、漏液和悬空现象，超前支护质量差。

3.5 工作面推进缓慢，周期来压步距变短，周期来压应力叠加

工作面正常来压步距为25-30m，因工作面推进缓慢，周期来压步距缩短至8-10m。开采过程中上一周期来压影响范围还未回采完毕，下一周期来压已经开始显现，造成周期来压应力叠加。工作面端头为交叉地点，多重应力叠加，造成顶板、煤壁极度破碎。

4 采取的针对性措施

4.1 工作面机头、机尾锚网索支护

（1）机头顶板压力大，顶板极度破碎，机头采取金属网+锚索+W钢带联合支护方式。工作面每推进一个循环，机头1-6#支架范围内铺设双层菱形金属网，打设锚索，锚索间距1.5m，排距0.6m。架前打设3.6mW钢带2根，钢带沿工作面倾向布置，排距0.6m，每根W钢带上布置3个锚索眼，打设锚索固定W钢带，如图1、图2所示。（2）机尾采取金属网+锚索加强支护。工作面每推进一个循环，机尾铺设双层金属网，顶板破碎处补打锚索加强支护。

4.2 工作面超前支护

（1）A02运输顺槽超前20m范围内打设“一梁三柱”，单体液压支柱打设在转载机两侧，转载机上帮打设一排、下帮打设两排，上帮单体液压支柱距煤帮0.6m，下帮第二排单体液压支柱紧靠转载机打设，第三排单体液压支柱与第二排单体液压支柱间距1.1m，排距1m。（2）回风顺槽超前支护：回风顺槽超前20m范围内打设一梁三柱，上、下帮各设置一排，巷道中心设置一排，单体支柱间距1m，排距1m。（3）回风顺槽煤层倾角达30°，回风顺槽为穿层巷道，回风顺槽上帮2m处为煤层交界处，压力明显。为加强回风顺槽超前支护，在回风顺槽距工作面8米范围内倒置一部ZF6800/18/35型放顶煤支架进行顶板支护，该部支架前探梁与187#支架对齐，尾梁朝工作面推进方向。（4）运输顺槽、回风顺槽超前支护段提前打设提前打设锚索桁架。锚索桁架排距为1m，锚索规格选用Φ21.8×10300mm钢绞线锚索。运输顺槽选用3.1m工字钢，每架桁架打设3根锚索，锚索间距1.2m；回风顺槽选用2.4m工字钢，每架桁架打设2根锚索，锚索间距1.8m。

4.3 三角区域及顶板破碎处加强支护

（1）在运输顺槽上帮、回风顺槽下帮肩窝处打设点锚索，点锚索与巷道轮廓线垂直，锚索选用Φ21.8×10300mm锚索，锚索间距1m。（2）工作面超前支护段顶板破碎、三角區域处、回风顺槽上帮煤岩交界处、工作面顶板破碎处，根据工作面现场情况布置马丽散钻孔注马丽散加固顶帮。（3）工作面排头10架范围内不进行放煤作业已保证顶板的完整性[2]。

5 取得的成果

通过采取铺设金属网、打设锚索及锚索桁架等支护措施，配合注马丽散使破碎区域煤岩形成整体，通过锚网索悬吊作用彻底控制住机头、机尾、三角区域、破碎区域顶板，彻底解决了工作面顶板破碎、漏矸漏渣等问题。

（1）在30天内完成了工作面机头、机尾摆架、扶架工作，解决了工作面支架“屡倒屡扶、屡扶屡倒”问题，彻底杜绝了支架下窜、倒架现象的再次出现，工作面机头、机尾顶板完整。（2）解决了工作面下出口长期不畅通问题，解决了该工作面碰手碰脚事故频发问题、矿井安全生产艰难局面。（3）工作面推进速度由月推进度不足10m提升到月推进度35m，推进速度提升437.5%，工作面压力因推进速度快逐步“甩”至老塘，工作面进入良性循环状态，并于2018年5月完成工作面回撤通道施工工作。（4）工作面材料成本由131.7元/吨缩减至36.9元/吨，材料费缩减72%，工作面缩减材料费高达3600万元。

6 结语

目前国内采用走向长壁综合机械化放顶煤开采方法的工作面大量存在，针对松软煤层煤层、压力显现明显的矿井，端头顶板管理困难成为影响制约工作面正常推进的突出问题。煤岩交界处顶板压力大、顶板沉降明显、顶板破碎、支架倾斜等问题大量存在，如何以最小的成本控制住端头顶板是综采工作者研究的问题[3]。

机头、机尾铺设双层金属网，打设锚索，配合W钢带加强支护；两巷提前打设锚索桁架加强支护，打设一梁三柱进行超前支护；机头、机尾10架范围内不放煤；三角煤区域打设肩窝锚索，并提前注马丽散加固顶帮形成煤岩凝固体，多种措施能有效控制住工作面端头顶板，保证工作面快速、高效推进，成为我们摸索出的一条经济、高效、安全的综放工作面端头顶板管理办法。

参考文献

[1]葛胜文.复杂地质条件下综采工作面矿压显现规律研究[J].煤炭工程，2007，（1）：64-66.

[2]陈炎光，钱鸣高.中国煤炭采场煤岩控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，1994：1-105.

[3]臧传伟，樊克恭，李仲辉.综放工工作面端头顶板稳定性控制及放煤技术[M].北京：煤炭工业出版社，2014：1-189.