破碎顶板条件下的安全回采技术研究

高 帅

（山西西山煤电股份有限公司马兰矿，山西 古交 030205）

在煤矿开采过程中，经常会遇到顶板破碎的特殊情况，破碎顶板极易造成煤壁片帮和顶板冒顶等事故。因此，如何治理好破碎顶板，实现煤矿井下的安全回采，成为采矿工程技术人员急需解决的难题[1-2]。马兰矿12704 工作面开采煤层为二叠系下统山西组2 号煤层，工作面所使用的液压支架为ZY3600-12/28 型。该支架设计时只有固定顶梁没有护帮板，工作面正常推进使用时可以解决顶板支护问题，而在工作面机头、机尾三角区域处因前梁支护长度有限，不能有效支撑顶板，造成两巷道与工作面交叉处经常顶板破碎、片帮，严重时漏顶。破碎顶板维护特别费工费时，若维护不好，极有可能造成顶板事故[3-5]。所以，研究破碎顶板的破碎机理，寻找合适的有效控制破碎顶板的方法，对于煤矿企业极为重要。

1 工程概况

12704 工作面位于南七采区左翼，皮带巷开口于南七2 号煤左翼集中皮带巷，轨道巷Ι 段通过措施巷与南七02#煤左翼集中轨道巷连通。工作面对应上方间隔3.0～5.5 m 为10702、10704 采空区，工作面西北侧间隔40 m、68 m、90 m 分别为东二回风大巷、南七集中皮带巷、南七02 号煤、2 号煤右翼集中轨道，皮带巷20～25 m、轨道巷Ι 段65～70 m，上部间隔4.5 m 为南七02 号煤左翼集中轨道巷，其他方位暂无工程。12704 工作面位置图如图1。

12704 工作面所掘进煤层为二叠系下统山西组2 号煤，属稳定可采近水平中厚煤层，合并区2 号煤均厚 1.76 m，煤层结构复杂，煤层结构0.48（0.20）1.08。措施巷114 m、轨道巷Ι 段0～192 m 为1 号煤与2 号煤分岔区，夹矸厚度0.50～0.55 m。2 号煤平均煤厚1.1 m，结构简单。工作面的顶底板情况见表1。

图1 12704 工作面位置图

表1 煤层顶底板情况表

2 破碎顶板失稳原因分析

（1）12704 工 作 面 措 施 巷 里 程0～10.6 m、31～192 m 上部间隔3.5～4.3 m 为10702 和10704 的采空区；皮带巷里程56～484 m 上部间隔3.5～4.3 m为10702 采空区，切眼0～10 m、30.6～35.1 m 上部间隔2.1～4.3 m 为10702 采空区和空巷；12704 回风联巷0～17 m、53.7～58.3 m 及轨道巷Ⅰ段、Ⅱ切眼、轨道巷Ⅱ段0～160 m 上部间隔3.5～4.3 m 为10704采空区；10702 剩余采空积水3318 m3，累计疏放积水6.6 万m3，剩余积水标高895.2～898.5 m，10704皮带巷积水601 m3，两积水区距离切眼均在20 m以外。

（2）工作面所采煤层为二叠系下统山西组2号煤层，属较稳定可采近水平中厚煤层。轨道巷Ⅰ段、Ⅱ切眼、轨道巷Ⅱ段0～152 m 为1 号煤与2 号煤分岔区，分岔区1 号煤层厚度0.40～0.55 m，平均0.49 m，1 号和2 号煤夹矸0.55～0.75 m，平均0.62 m，2 号煤厚1.09～1.4 m，平均1.17 m；合并区2 号煤煤厚1.58～2.27 m，平均1.91 m，煤层结构0.48（0.24）1.19。1 号、2 号煤普氏硬度2.5～3.0。2 号煤与上部02 号煤平均间隔2.1～4.3 m。

（3）工作面进出采空区前后，围岩压力较大，同时由于2 号煤顶板粉砂质泥岩破碎，对工作面支护管理影响较大。

（4）ZY3600-12/28 液压支架对地质条件变化适应性差。在工作面地质条件正常时，能实现安全支护和稳产；在地质条件发生变化，如遇顶板破碎，则不能有效地支护顶板和煤壁,造成支架前方空顶、煤壁侧片帮，直接威胁工作面操作人员的人身安全和设备安全。煤壁侧片帮，易造成压死刮板运输机，使设备事故增多,顶板支护难度大，致使采煤工作面产量大幅度下降。

（5）ZY3600-12/28 液压支架设计时只有固定顶梁没有护帮板，工作面正常推进使用时可以有效支护顶板，而在工作面机头、机尾三角区域处因前梁支护长度有限不能有效支撑顶板，造成两巷道与工作面交叉处经常顶板破碎，严重时漏顶，降低职工作业安全系数。

3 破碎顶板条件下的安全回采技术研究

（1）实行追机作业，拉架工采用带压移架法，同时打开降柱及移架手把，及时调整降柱手把，使破碎矸石滑向采空区，移架达到规定步距后立即升柱。

（2）如果顶板破碎，必须及时支护，即滞后采煤机前滚筒3～5 架，带压及时移架。

图2 3600 支架片帮挑梁装置

（3）工作面在回采期间发生滚帮导致梁端距大于340 mm 时，必须提前拉架。如超前拉出支架后空顶仍大于340 mm，必须在煤帮支设临时点柱或在液压支架上进行上板梁支护。

（4）机道梁端至煤壁顶板冒落高度≤300 mm。

（5）工作面出现冒顶时，要及时用木料接顶，并升紧支架。

（6）设计加长挑梁，安设在工作面机头、机尾与巷道交叉的支架前梁段。该装置的使用能有效地控制三角区域顶板支护问题，如图2。

4 应用效果

（1）12704 工作面在使用支架挑梁后，能有效可靠地支护三角区域顶板，极大地降低了职工劳动

强度，提高了安全系数，减少了工作面机头、机尾缺口三角区域维护时间，减少大量支护材料以及配件资金投入。

（2）防片帮挑梁增强了对破碎顶板、煤壁片帮的支护能力，稳定性好。

（3）该支架一根4 m 钢梁约790 元，加工一套挑梁装置需要1 根，共计10 套，累计7900 元；而常规的三角区处理时，每四刀煤勾顶一架需4 根圆木，一根4 m 圆木约210 元，工作面共计10 架，需40 根圆木，整个工作面需要5000 根圆木，累计10.5 万元。采用挑梁代替圆木勾顶，可以节约9.71万元。

（4）ZY3600-12/28 液压支架在增加了液压支架片帮挑梁后，保证了工作面的安全回采，实现了矿井的稳产高产，取得了良好的经济效益。