综采工作面顶板灾害分级预警与控制研究

2020-07-15宋丽萍

山西冶金 2020年3期

宋丽萍

（宁武县煤矿安监站，山西宁武 036700）

基本顶通常为厚度较大的坚硬稳定岩层，对工作面上覆岩层的活动起主导作用。工作面开采过后，在基本顶岩层发生周期性的断裂、下沉，工作面产生周期来压。由此可见，采场上覆岩层大结构的破断是无法避免的，工作面顶板的来压现象一定会出现，必须确定合理的支护方案，保障支架的正常工作状态。本文以某矿8707 综采工作面为研究对象，根据“内”“外”泄漏的检测机理研发了YHX 型支架液压泄漏故障检测仪，并确定了液压系统泄漏故障诊断判据。依据不同的支架故障类别下顶板的分级预警方案进行工作面过断层时的顶板预警，同时对破碎岩体注浆，实现了对工作面通过断层破碎带时顶板的有效控制。

1 工程概况

该矿设计生产能力1.80 Mt/a。当前该矿主要开采区域为北山307 盘区与南山303 盘区，涉及煤层为7-3 号、7-4 号、11-1 号、12-2 号煤层。11 号煤层8707 工作面煤层赋存稳定，结构简单；煤层厚度为1.5~4.8 m，平均厚度3.4 m；煤层倾角1.5°~4.5°，平均倾角为3°；总体为一单斜构造，走向北东，倾向南东；标高932~948 m，地面标高109~1 281 m，走向长1 502 m，倾斜长159 m。

根据地质探测，在距离8707 工作面开切眼200 m 范围内有7 条断层，断85 m，最小0.4 m，其中一断层发育成破碎带，如表1 所示。

在回采过程中对于断层裂隙带来的影响并未引起足够重视，仅一条断层被评价为回采有一定的影响”，而其他三条断层则被评价为“对回采稍有影响”。此外在工作面区域范围内存在较多未被揭露的小断层，虽然小断层对回采影响有限，但其导致的围岩破碎对支架-围岩稳定性控制影响较大。11 号煤层8707 工作面在回采过程中，由于断层破碎区的影响，先后在30-50 号和55-75 号支架区域发生了两次大范围冒漏顶事故。其中，55-75 号支架区受到断层影响碎带岩块源源不断涌入工作面，冒落岩块几乎充满整个回采空间。此外，在发生冒顶的区域伴随出现了严重的片帮，多数片帮区域的片高超过1 m，片深超过1.5 m；支架压力增大，安全阀开启，顶梁由于上方堆积矸石的集中偏载出现顶梁大角度俯仰，仅处理该事故即影响正常回采达12 d。

表1 一段层发育成破碎带

2 工作面顶板事故的预警方式分析

针对该矿11 号煤层8707 工作面开采过程中产生的冒顶问题，为对破碎顶板条件下工作面顶板灾害形成有效的预测预报，根据支架液压系统泄漏故障检测机理研发了有别于支架实时监测系统的便携式YHX 型支架液压泄漏故障检测仪。该支架液压系统泄漏故障诊断判据如下页表2 所示。

表2 YHX 型支架液压泄漏故障检测仪泄漏故障诊断判据

3 支架液压系统故障检测对顶板灾害的预警分析

随着工作面的推进下沉垮落，采用全部垮落法处理采空区时，直接将垮落的矸石堆积于工作面采空区，其对工作面顶板起到了一定的支撑作用，这样所有的承载压力都处于煤壁、支架和采空区垮落的矸石上。如果上覆岩层的荷载不变，采空区的矸石对顶板的支撑力不变，如支架工作阻力的不同，上覆岩层对煤壁产生的影响也将会不同。支架的工作状态会直接影响其工作阻力的大小，随着支架液压系统泄漏程度的不断增加，工作阻力的减小程度也就相应增大，即工作面顶板灾害发生的可能性越大，故根据工作面不同的地质及时空条件，建立不同的支架故障类别下顶板灾害的分级预警方案，见表3。

表3 顶板灾害分级预警方案

4 8707 工作面现场检测实践应用分析

对南沟煤业8707 综采工作面实施支架故障诊断技术后，得出支架的故障诊断结果见表4。

根据表4 测结果，工作面过断层时支架发生较多中度及严重泄漏故障，故对8707 工作面断层破碎区进行注浆加固处理，破碎区经过注浆加固后，整体性得到显著提高。加固区割煤后煤壁齐整，没有发生片帮。注浆加固，材料渗入破碎体裂隙，形成了完整的网状整体。在之后的8707 工作面回采过程中，均未发生大范围冒漏顶事故，实现了综采工作面的正常开采。

表4 支架的故障诊断结果

从现场实践表明，该YHX 型支架液压泄漏故障检测仪运行稳定，工作状态符合要求，可以准备的检测和判断架液压泄漏故障，实现了对工作面顶板灾害的有效预警。在该工作面继续推进的过程中，对液压支架进行液压泄漏检测，在工作面通过地质构造带时提升顶板预警等级，增加检测频率，对出现各类泄漏故障的支架进行及时维修，并采取合理的加强支护方案，使工作面安全快速通过断层及地质破碎带，为促进综采工作面的安全高效生产发挥了重要作用。