特殊地质条件下综采工作面顶板控制技术

鲍 钢

(山西汾西矿业集团水峪煤业，山西 孝义 032302)

引 言

在综采工作面的初采期间，会出现顶板的初始压力显现。如果顶板比较坚硬，则直接落下的顶板将无法完全填充满采空区的空间，有时甚至会出现空顶面积太大，这不仅会增加支架的工作压力，还会带来了严重的安全隐患，甚至可能会出现采空区顶板大面积冒落的现象，解决这一问题的关键是采用强制放顶技术来促使顶板及时的垮落，避免造成安全隐患。

1 综采工作面初采期间顶板控制技术

近十年来，某矿超深孔强制爆破技术得到了不断的改进、升级和完善。其应用效果很好，并在该地区得到推广应用。该技术的核心是长、短爆破孔的对齐，增加爆破孔以及PVC管装料的新技术[1]。

1.1 超深孔爆破强制放顶技术

1.1.1 炮眼设计

根据工作面的具体情况，将爆破孔的仰角设计为30°，最大深度(垂深)设计到25 m，使用长短爆破眼以“一”字形状排列；端部双向“八”字形状排列，所有爆破孔的水平投影在同一直线上，爆破孔的中心线距12613工作面的1m的距离，每小组设3个爆破孔，其中4组爆破孔的长度分别为50 m、40 m、30 m，炸药固定在32 mm、28 mm和28 mm之间，平均为24 mm。一共9组27个爆破孔，孔间距800 cm。

1.1.2 增加眼睛强度以确保装药效果。

顶板相对坚硬的情况下，在上述爆破孔布置的基础上，有必要在其他组上增加额外的孔，以确保顶板爆破效果。

1.1.3 PVC爆破新技术管的生产过程。

将75mm直径的PVC管切成2m的长度，然后用PVC胶将管接头固定在管的一端。将每个孔所需的所有PVC管排列成一条直线，然后将导爆索拧入PVC管中，留出导爆索接线的长度。为了保证引爆效果，需要尽量多装入几根导爆索，此外为了防止导爆索脱落，还要有固定措施。用一串细绳折叠并捆扎每个试管，然后用纸卷覆盖试管的一端，形成PVC管，在一端卷起密封纸，然后将管插入管中。每米PVC管的重量为3.6 kg，装药系数为0.7，装药后用密封纸卷将其密封。爆破孔加载程序：填充爆破孔时，将准备好的PVC爆破管和PVC爆破泥管通过运输工具送到爆破现场，然后手动连接并装入孔中，炸药最后装入并将孔密封，PVC管超深孔爆破的装药过程，如图1所示。

图1 强制放顶炮眼的 PVC 管装药新工艺示意

1.2 综采工作面初采期间顶板管理技术措施

在使用深孔爆破迫使顶板垮落到采空区之后，仍然需要严格的控制顶板措施，以确保开采初期的操作安全。初采期间采取的主要措施有：加强对工作面及材运两巷的矿压观测工作和观测数据的收集和整理，及时准确确定初次来压时间和初次来压步距及来压强度；初采时要及时打出支架前探梁，拉架后支架升平升紧，顶梁接顶严实；材运两巷进行两端头顶板维护时，严格按照先支后回的原则进行,严禁提前回收支柱[2]；材运两巷超前支护支柱初撑力小于11.4 MPa时，支柱必须穿柱鞋支设在实底上；若工作面顶板压力大或顶板破碎时，采用带压移架提前拉架的方式拉架，及时支护工作面顶板，以减少采动对顶板的影响；若遇到工作面顶梁前端顶板垮落高度大于300 mm时必须停机，按照作业规程中处理冒顶措施及时处理。顶板控制好后，方可继续进行回采；严格控制工作面煤层层位和工作面采高，严禁超高开采，对歪架、挤架、倒架等现象必须及时处理，及时检修支架和处理卸压支架；工作面供液系统必须完好可靠，杜绝跑冒滴漏现象。泵站压力≥30 MPa；严格执行作业规程的规定及时移架控顶，支架移设要及时有效，前梁接顶严密，减少顶板的空顶时间和空顶面积。

1.3 准确判断综采工作面初次来压

正确判断初始压力是消除工作面初采过程中因顶板大面积垮落而造成顶板安全隐患的关键。判断初始来压的标准为顶板下沉量和下沉速度，甚至出现有次序阶梯式下沉，顶板破碎，伴随着大的断裂声音，支架的工作阻力加大及煤壁出现大面积的片帮等。基本顶初次垮落示意图，如图2所示。

图2 基本顶初次垮落示意图

2 综采工作面过空巷顶板控制技术

2.1 空巷基本情况

工作面机头在推进至六横贯和七横贯之间、机尾推进至三横贯和四横贯之间会遇到一条以60°斜交并横贯工作面的空巷，如图3所示。空巷的宽度为4.5m，工作面与空巷相遇后，要尽量控制工作面的推进速度和空巷与工作面暴露面积，这样会大大减小工作面与空巷通道期间的顶板面积，并减少了控制顶板的难度[3]。

图3 空巷与工作面对应位置平面示意

尽可能减小空巷的横截面并加强支护。一般情况下，巷道高度可以满足使用要求(约3m)，宽度应控制在4.5m以下，并应加强支护强度。

2.2 过与综采工作面平行的旧空巷技术措施

当通过平行于工作面的旧空巷时，空巷的顶板上可能出现破碎的顶板难以控制，要提前对空巷内的顶板进行加固，支护方法为锚网加木垛用于加强对空巷的支护，木垛的间距可以适当扩大。在通过空巷的时候，要提前斜摆工作面，尽量减小工作面与空巷的空顶面积，在保证安全的情况下，推进速度要快。

3 综采工作面过薄基岩顶板控制技术

当机械化的工作面由于顶板岩石较薄，在割煤时顶板可能会出现开裂甚至冒落的情况发生，并且在顶板冒落后可能有发生透水和瓦斯积聚的风险，在复杂情况下，甚至可能出现大的破坏性的事故发生[4]。因此，当工作面穿过顶板岩石较薄的区域时，必须使用有效的方法来有针对性地控制顶板-向顶板注凝固材料，把破碎的顶板凝固成一个整体。以大柳塔煤矿为例，22614工作面煤层厚度约5.5 m，埋深约90 m，顶板岩石较薄，为了保证回采过程的顶板安全性，主要采用以下方法：选择具有较大工作阻力的液压支架，以确保工作阻力能够支护工作面。选定的22617和22618工作面支架的工作阻力为11 000 kN并带有伸缩顶梁。留设厚度约为0.3 m的顶煤，以增加顶板的厚度。在将凝固材料注入顶板之后，松散层完全变成坚硬的岩层，岩石厚度大于8 m。加强对支架的操作处理，将支架及时移至采煤机后面3个支架处，向前拉支架以确保支架能够及时支护顶板，打开伸缩顶梁护顶，依次进行推进，确保安全。

4 结语

在特殊的地质条件下，对综合机械化采煤工作面顶板进行有效控制是防止顶板事故的关键。本文所涉及的综合机械化采煤遇到的特殊地质条件通常涵盖了煤矿开采过程中遇到的各种顶板控制问题，针对这些特殊地质条件的响应措施得到了控制，良好的顶板控制措施有效地防止了煤矿顶板事故的发生，为全国煤炭行业的顶板控制和预防综采事故提供了重要的指导。