复采区复杂顶板条件下工作面顶板控制措施研究

庞晋中

(山西晋城市能源局， 山西 晋城 23500)

1 前言

某井田内3号煤层已开采多年，由于以往采煤方法落后、回采率较低等历史原因，采空区内(特别是原小窑破坏区)尚有部分残存资源可以规模开采。以前由于生产方式简陋，单井规模小，采煤方法落后等条件限制，一直延用“留顶、留底、采中”巷柱式开采法，留有底煤。采易弃难、采优弃劣，对3号煤层煤炭资源造成浪费，回采率较低。

3号煤层为稀缺优质煤炭资源，为低灰、特低硫、高发热量，是良好的化工用煤，经济价值高。在如今煤炭经济下行波动的情况下，如何提高矿井效益，提高优质资源的回收率已成为矿方研究的重要课题。根据目前矿井的现有设施和资源情况，在充分利用现有设施、保证安全投入的前提下，进一步确定合理的开拓、开采布局，充分回收3号煤层资源。

井田内稳定可采煤层为3号、9号、15号煤层。复采区位于3号煤层。残采一区3号煤层剩余纯煤厚度1.72m，分布于煤层下部，上部分采空；残采二区3号煤层残存纯煤厚平均厚度4.32m；残采三区3号煤层残存纯煤厚度为1.60m，上部分采空；残采四区3号煤层残存纯煤厚平均厚度3.20m；残采五区3号煤层残存纯煤厚平均厚度3.07m。其煤层含0～4层矸石。煤层顶板以泥岩、粉砂岩、细粒砂岩为主，局部发育薄层炭质泥岩伪顶；底板岩性为泥岩、砂质泥岩或粉砂岩。

2 复杂顶板控制安全技术措施

3号煤层复采区旧式开采时所遗留的巷道由于年代较久，巷道多已变形破坏，顶板冒落，部分巷道冒落胶结后形成再生顶板，但在工作面回采过程中也存在一些未完全冒落的空巷。因此，复采工作面前方可能遇到煤柱、空巷、冒落区等情况，由于煤柱承载的集中应力和顶板冒落时形成的冲击载荷会对工作面支架造成损害，甚至会导致顶板事故的发生，给工作面安全生产带来很大的安全隐患。因此，针对上述几种情况设计采取以下措施。

2.1 预防工作面煤壁片帮和架前顶板漏冒措施

(1)严格执行追机移架制度，割煤后要及时移架，防止冒顶。

(2)若顶煤松软，根据现场情况，支架采用超前移架或及时移架。

(3)在回采时，如工作面局部煤帮片帮严重时，要及时超前移架，并打出护帮板护帮控顶，及时把操作手把打回零位，任何人不得随意乱动操作手把。

(4)对于节理发育地段，要超前拉架，打出护帮板，及时护帮。

(5)因斜茬煤发育导致空帮处，必须采用割底煤的方式进行，同时拉超前架，以免片帮范围扩大。

(6)机头、机尾铺网时，严禁将护帮板收回，以免片帮伤人。

(7)移架后，片帮深度超过600mm时应打出前梁进行临时支护，超过1.0m时，应视情况架设走向棚。

(8)如冒顶范围较大，待顶板冒落稳定后，可从冒顶区上下两侧进行处理，采用架设顺山棚配合走向梁的方法控制顶板(当冒顶区仅剩2架液压支架时，应从一端向另一端依次进行，严禁两端同时作业，人员不得在冒顶区下的刮板输送机里行走)，架棚示意图如图1所示。

(2)该设备定位于回收以大于0.045 mm粒级为主的物料，实测脱水产物中该粒级总分配率为81.89%，同时还回收了17.03%小于0.045 mm粒级的细泥，脱水产物固体回收率为74.16%，分配粒度为0.047 mm，表明沉降过滤式离心机达到了工艺要求。

图1 煤壁架棚示意图

架设顺山棚必须采用φ14～16cm的红松圆木(去一平面)，平行于支架梁端，用木垛接顶，木垛可用半圆木或方木，架设顺山棚必须至少保证一梁两柱，架好顺山棚后，可用两根2.8～3.5m木梁或π型钢梁托住顺山棚，一梁两柱或用支架前梁托住顺山棚，以利于采煤机通过，采煤机通过后应尽快拉架移溜，对于煤壁侧的单体柱应防止柱倒伤人，如单体柱发生倾倒应及时停溜并将单体柱取出。

(9)为确保安全，工作面循环进尺一般不超过600mm，在顶板特别破碎时循环进尺为300～400mm。

(10)工作面顶板破碎比较严重时，应在支架顶梁上铺设金属网(采用10#铁丝编织的50mm×50mm网孔的菱形网)护顶。

(11)加强工作面顶板周期来压观察分析，在矿压观测方面做到预警预报。

(12)在以上措施均不能控制破碎顶板的情况下，可采用注浆的方法加固两帮和顶板，并应制定专项的安全技术措施。

2.2 复采工作面围岩控制方案及安全技术措施

1)复采区工作面回采时重点注意事项

(1)详细检查工作面瓦斯及其他有害气体涌出情况。

(2)摸清旧巷内的积水情况。

(3)重点观察工作面顶帮受压变化情况。

(4)支护方式的调整与加强。

(5)靠近旧巷作业人员的安全及旧巷口处的警戒工作。

2)围岩控制方案及安全技术措施

(1)复采工作面推进过程中，在前方遇到与切眼平行、斜交(小角度)状态的空巷，对该类空巷增打木垛加强支护，必要时补打锚索加强支护。

(2)复采工作面向前推进时，会遇到与切眼垂直、斜交(大角度)的空巷，对该类空巷采用单体柱配合木板梁加强支护，即可在支架顶梁上架设木板梁，每架2根，梁头紧顶煤帮，并在每根梁头下打单体柱加强支护，同时打好贴帮柱护帮。

(3)过旧采巷道前要及时制定过空巷补充措施，并打开密闭，配风，检查瓦斯和顶板情况。

(4)回采工作面在过空巷时，要事先调斜工作面，缩小工作面推进步距，并采用磨三角，快速推进的办法过空巷，顶板压力较大地段可采用木垛加强支护。

(5)如空巷断面较大，在过空巷的过程中要做好顶板实时监测，发现问题及时处理。

(6)过垂直于切眼的空巷时，要根据实际揭露的断面情况调整割煤高度。

(7)液压支架要保持完好状态，初撑力不低于规定值的80%。

(8)人员在进行作业时，必须有跟班领导、队长、安全员、瓦斯员现场监督各类情况，井下带班矿长、带班队长、采煤机司机必须携带便携式瓦斯报警仪，发现异常情况时及时撤出人员，不能通风的巷道严禁人员进入[1]。

(9)回采工作面过空巷的前后几个循环，要采取小进尺循环的方法进行，确保不破坏原巷道顶帮而造成空顶增大和局部冒顶现象。工作面揭露空巷部分要提前采取临时性支护措施，及时托住顶板，同时空巷内要合理配风，并加强瓦斯检查。

(10)过空巷时，工作面各种备品备件要准备充足，人员组织要合理。

(11)工作面要妥善维护好顶板，防止漏顶事故发生，严禁空顶作业。

(12)工作面所有作业人员要对过空巷(空区)引起足够的重视，要做好一切准备，听从现场管理人员的指挥。

(13)跟班矿长与队长及安全员要靠前指挥，确保过空巷的安全作业。

(14)随着工作面的不断推进，要及时调整通风系统，保证工作面的实际需风量。

(15)工作面局部地段采用其他方法不能有效支护顶帮时，可进行注浆固化破碎顶板，对破碎松散体进行黏结，使之成为整体，提高围岩的稳定性和抗压承载能力[2]。

(16)如果工作面前方冒落区域较大、采用充填技术费用大、处置冒顶技术极其复杂或可操作性不强时，应采取转移工作面，另开切眼绕过冒落区。

2.3 工作面末采收尾安全技术措施

1)工作面停采线位于地质条件较好地段时的安全技术措施

工作面到达停采线时，矿方要提前制定收尾撤架安全技术措施，在工作面回撤至距停采线10m时，开始铺顶网和废旧钢丝绳，当顶网到掩护梁时停止放煤，当煤矸压住金属网后，在工作面做撤架通道、回撤设备。把工作面不用的设备回收，而后由工作面机头开始向机尾回撤支架。工作面全部设备撤出后，封闭两个顺槽口，顺槽口密闭应在顺槽内距大巷开口处不大于5m。

2)工作面停采线位于顶板破碎、煤质松软等地质条件不好地段时的安全技术措施

当工作面到达停采线但是停采线地段存在顶板破碎、煤质松软等情况时，对破碎松散围岩采用壁后注浆加固处理，使浆液充填和胶结围岩的空隙和裂隙，在巷道的外围形成完整的注浆帷幕，并与围岩共同形成有效承压组合。由于注浆使得巷道外围组合厚度的加大，能有效地提高支护结构的承载能力，阻止巷道的变形破坏，从而保证工作面末采阶段的安全。

3 结论

对3号煤层复采区的工作面，煤层顶板复杂，部分巷道冒落胶结后形成再生顶板，甚至会导致顶板事故的发生，给工作面安全生产带来很大的安全隐患。通过对煤壁、围岩、工作面末采收尾时的顶板进行控制，保障了顶板的稳定性，为复采区复杂顶板工作面的回采提供了技术保障。