三软煤层首采工作面局部冒顶原因及控制研究

李栋浩，刘 峰

(郑州煤电股份有限公司告成煤矿，河南 登封 452470)

0 引言

三软煤层相对于其他煤层开采有着较大的不同，三软煤层的顶板、底板及煤层均属于软弱岩层，同时，煤层岩层中裂隙发育程度较高，构造也相对复杂，在开采的过程中由于顶板较软且裂隙较多，出现局部冒顶甚至大面积冒顶的概率相对较大，严重影响到工作面开采的安全性。因此，对三软煤层首采工作面局部冒顶原因及控制进行研究有着较为重要的意义。

1 工程概况

某煤矿一采区东翼首采工作面倾斜长度358 m，走向长度2 560 m，所采煤层厚度在6 m左右，煤层倾角5°～12°，煤层垂直裂隙发育明显，设计采用综放开采，从当前工作面开采情况来看，随着工作面的推进，顶板围岩出现了明显不稳定的情况，工作面架前出现明显冒漏，同时在顶板冒漏严重的区段，也衍生出煤壁片帮问题。因此，全面做好工作面局部冒顶原因分析并采取针对性的控制措施非常关键。

2 影响三软煤层首采工作面顶板稳定性的相关因素

1)岩性首采工作面顶板稳定性带来的影响。从大量首采工作面顶板稳定性勘查来看，不同岩性的岩体包含的矿物成分不同，特别是顶板岩性中包含有较高的膨胀性软岩成分时，在遇水等情况下，会出现明显的吸水软化膨胀，岩体中颗粒粘结力、摩擦力下降明显，岩体的极限承载能力也随之降低，导致围岩变形量随着时间的延长出现持续增加的情况。此外，随着巷道埋深的增加，很多原本强度较高的岩石，在深部巷道中表现出软岩的特点，成为了“工程软岩”。

2)岩体结构类型。顶板岩体在长时间的地质作用下，整个岩体结构类型较为复杂，岩体结构的组合方式和立体形式直接给岩体稳定性带来较大的影响。例如，若岩体内整体的裂隙较为发育，层间结合力较差，包含有较多的泥质物、碎屑等充填物时，岩体整体的稳定性受到较大的影响。

3)工作面采动影响。首采工作面顶板距离工作面的距离非常近，工作面选择使用综合机械化开采的方式，在通电之后，带来的采动影响非常明显。特别是在三软煤层开采时，顶板中包含的裂隙较多，在采动影响下，裂隙被贯通的情况非常多，进一步加剧了巷道顶板的破碎程度，增加了巷道顶板出现局部冒落的概率。

3 导致三软煤层首采工作面局部冒顶的主要原因

为掌握首采工作面出现的局部冒顶问题，对工作面进行了现场勘查，工作面出现局部冒顶的原因主要有3个方面。

1)出现局部冒顶位置的巷道整体高度较大，因为巷道高度出现了较大变化，超过了液压支架最大的支撑高度，导致工作面顶板不能得到及时有效支护，出现顶板离层问题，最终形成网兜。

2)顶板破碎明显。从现场勘查情况来看，在出现顶板冒漏的位置，整体的顶板就较为破碎，液压支架又给顶板进行了反复支撑，导致顶板破碎程度增加明显，同时也存在液压支架将网兜锚网全部插破之后，并没有采取针对性的措施进行控制，导致冒顶范围扩大。

3)淋水因素影响。在出现局部冒顶的位置，处于淋水较为严重的地段。从现场勘查情况来看，直接顶被泥化的情况突出，整体强度下降明显，随着顶板浸泡时间的延长，巷道顶板出现的变形冒落问题更为严重，各种类型的网兜非常多。

4 三软煤层首采工作面局部冒顶控制措施

为了实现对首采工作面局部冒顶的较好处理，本次选择使用了化学注浆加固、打设木垛和抬棚等方式组成的复合式支护结构。

1)化学注浆加固。针对顶板出现的淋水问题，通过注浆实现淋水通道的封堵非常关键。在具体实施时，在超前支架前梁的位置注入马丽散，实现对超前顶板的加固。在运输巷道中注入马丽散实现对端头顶板的加固，在具体施工时，注浆孔的间隔设置在4 m左右，同时在超前工作面50 m的范围内进行施工，全面实现对通水裂隙的有效封堵。

2)打设木垛和抬棚对冒落的区域进行支护。具体采用过渡支架将工字钢架设起来，选择使用工字钢的长度为9 m，工字钢一端放置到过渡支架上，另一端选择使用单体支撑，每2根单体支撑1根工字钢。木垛使用4根工字钢支撑，实现对顶板的全面支护。同时，设计在木垛旁边的煤壁侧打设2根锚杆，实现对支护的补强。在顶板的台阶位置打设6根锚杆，全面提升支护强化，防止再次出现冒顶的情况。在进行冒顶的处理之前，工作人员全部从工作面撤出来，同时在冒顶位置向外30 m左右，设定警戒线，防止人员误进冒顶区域出现安全事故。在进行冒顶区域的处理时，需先对冒顶的区域加强通风，瓦斯检查人员对现场瓦斯浓度进行检查，确保在瓦斯浓度在不高于0.8%时，才能进入到冒顶区域进行现场处理。

3)全面采取超前支护的强化。在超前支架行人侧，选择使用锚索梁进行超前顶板加强支护。在运输巷道超前顶板，沿着巷道的方向施工双排锚索梁，工作面在推进的过程中，锚索梁随之推进，设计采用这种方式能够防止回风巷道上端头顶板出现冒顶事故的发生。从矿井三软巷道局部冒顶控制实践来看，通过对支架工况进行改善，选择使用带压移架的方式，能够较好防止出现局部冒顶的情况。同时，通过提升支架初撑力，可实现顶板的较好控制，有利于防止直接顶离层情况的发生，实现对局部冒顶的较好控制。在具体实施时，首先对支架的工作情况进行改善。为了较好提升顶板支撑效果，对煤壁压力进行较好缓解，对支架支护阻力进行科学设置，确保支架不仅能够实现对顶板的支撑，同时又有利于对煤壁片帮的情况有效缓解。选择使用带压移架。在对支架移动的过程中，设计支架稍微降低，确保支架移动的过程中仍有一定的支护阻力，实现擦顶移架，有利于减低顶板离层破坏的问题，提升顶板完整性，实现对顶板的较好控制。选择使用化学加固的方式。对于顶板出现较为破碎的区域，同时破碎的范围也相对较广时，可选择使用化学材料进行加固，将化学材料压入到破碎煤岩体的空洞或者裂隙中，让煤岩体颗粒有效粘结在一起，形成一个完整的胶结体，提升顶板的完整性，不仅有助于控制顶板稳定，同时也有利于提升顶板的极限承载能力，对于防止顶板出现局部冒落的情况较为有利。

此外，在整个顶板冒落返修的过程中，对于各个环节施工效果加强了监管，确保各项返修技术措施均能够高标准落实到位。特别是在打设锚杆。锚索的过程中，对锚杆、锚索安装的位置，托盘安装效果等进行了全面的校核，确保各项技术措施严格落到实处。

5 结语

全面做好三软煤层首采工作面局部冒顶的防治工作非常关键，但是从当前三软煤层首采工作面局部冒顶防治工作的开展情况来看，在很多方面还有着较大的提升空间，特别是在深部开采中，一些在浅部开采阶段属于硬岩的岩层，在复杂高应力的作用下，表现出“工程软岩”的特点，成为了三软煤层。因此，这就需要在进行深部开采过程中，充分认识到三软煤层首采工作面局部冒顶防止工作的新特征、新情况，采取针对性的措施，全面提升冒顶情况防治效果。