采煤工作面破碎顶板控制技术探究

王慧龙

（山西汾西宜兴煤业有限责任公司，山西 孝义 032300）

引言

综采采煤工作面的特殊性容易导致顶板破碎问题的发生，从而对井下作业的安全造成一定威胁。在实际的井下作业中，冒顶问题是破碎顶板中经常出现的安全问题，对井下作业的安全造成很大的影响。虽然有时冒顶的范围不大，然而不进行及时的处理会造成问题的不断扩大，对综采工作面的安全造成很大的影响。所以在实际的工作中要加强对此问题的重视，采用破碎顶板控制技术来及时地处理和改善此问题，从而加强综采工作面的安全性和稳定性。

1 造成破碎顶板冒顶问题的原因

煤矿综采工作面范围内处于破碎顶板位置的岩石具有强度低和整体性差的特点，并且严重缺乏稳定性，这些问题在很大程度上给破碎顶板的维护造成很大的困难。通过对以往煤矿企业的井下作业实践分析可以发现，大多数的坍塌事故都是由于破碎顶板出现冒顶问题而没有进行有效的处理所导致的，一旦出现坍塌事故会给企业带来严重的经济损失。通过对破碎顶板冒顶修复技术改进在一定程度上减少了冒顶事故的出现。一般冒顶问题出现的范围在1～2 个或者3～5 个支架范围内，然而冒顶问题仍然是坍塌事故发生的重要原因。与之前的冒顶问题相比，改进后的技术对冒顶破碎顶板的防范范围相对加大，要想将控制技术合理应用到破碎顶板冒顶问题中，就需要企业对综采工作面中出现冒顶的原因和规律进行分析和掌握。通过对以往发生事故的原因分析，断层带和褶皱带是出现冒顶问题最多的区域，通过对这些地带的结构分析发现，这些区域容易出现下沉和裂缝发育不完善的问题，岩层受到上述影响而出现较为严重的破碎问题。顶煤和顶板的强度可以体现以上问题，所以顶板受到矿石的强大作用力而发生岩层破碎，有时破碎面呈现长度为几米的块状，有时会呈现出粉末状。

2 破碎顶板造成的影响

1）综采工作面中很多区域的岩石受到挤压会导致此处的顶板形成断层，从而造成顶板的部位不完整性[1]。如此一来会使许多泥沙、碎石或者煤泥等物质填充到断裂的的岩缝中，断层也由此变成滑面无法保证上层和下层岩石的附着。顶板之间相互分离改变了原来应力场分布，因此在表面光滑的断层周围非常容易出现断层。

2）由于地壳的运动对顶板的完整性造成影响，当岩石附近的地壳发生运动之后会给岩石形成一定的外力而产生挤压从而此区域会出现褶皱。而这些褶皱区域所残余的应力在很大程度上影响应力场的分布，导致褶皱区域和向斜区域内有大量的弹性能聚集，特别是较小的褶皱受到弹性力的影响会使此处的顶板布局出现冒顶问题。

3）由于煤层的挤压影响了破碎顶板的完整性，煤层不断带给岩石挤压作用力，而岩层或者煤层受到挤压后会变薄，与此同时顶板受到煤层的挤压后会出现许多的节理，而形成滑动面造成大部分的顶板出现严重的破碎，非常容易造成局部区域出现冒顶。岩石受到构造的影响形成大小和形状各异的岩块，而这些岩块具有独立性所以局部容易出现冒顶的现象，甚至会造成局部的大冒顶，一旦形成冒顶会使周围岩石的强度严重降低，从而对综采工作面造成严重的安全威胁。

3 破碎顶板顶板控制技术的应用分析

3.1 铺顶网与铁锚杆控制技术的应用

首先分析铺顶网的作用。由于综采工作面顶板出现破碎影响顶板的完整性，可以将金属网铺到支架顶梁上以此来保证的整体性。支架顶板梁上所铺的金属网规格为0.8 m×10 m，网格距为50 mm×50 mm。同时为了加强金属网的硬度和弹性，采用Φ2.2 mm 冷拔丝当作铺顶网材质，避免出现支架顶网对移架产生影响，对应综采工作面较好的区域可以铺单网，而对于顶板破碎严重和受力较大的地段可以采用双网，从而使金属网的强度加大，避免出现移架问题或者顶板冒落而形成的撕网问题。其次，铁锚杆控制技术的应用分析。通过对工作面形成煤壁片帮的过程分析[2]，不管是构造产生的裂隙问题还是受到采煤运动的影响，一共有三种形式的片帮：其一，从若面向自由面的方式滑落；其次，随着进刀方向而出现冒落；其三，煤壁受到挤压形成裂隙之后不断向外部移动出现变形，达到一定的极限后滚落下来。然而这三种片帮方式中任何一种出现片帮运动矢量都可能导致自由面的铅体向下或者水平向外的现象。所以只有加强控制自由面煤体向下和向外的位移活动，促使切顶线从煤壁处慢慢地向采空区位置移动，从而移动到支架顶梁的后端，如此才能有效控制工作面发生侧片帮和漏顶问题。在分析以上问题的同时也要考虑到采煤机具体作业问题，将木锚杆超前支护应用到破碎煤体的支护中，如此一来将被动支护变成主动支护。

3.2 注浆加固工艺的分析

煤岩体化学注浆加固的原理是将化学浆液填充到顶板围岩或者煤层出现的裂缝中，使围岩或者煤层保持整体性，有效提升围岩的整体承受能力，使围岩更加的稳定，从而综采巷道内的应力处于平衡状态。这项技术主要应用到工作面回采过程中断层的上下端头和加固支护工作面的破碎顶板区域。这种化学浆液主要应用的是波雷因化学材料。这种材料的粘合性和机械性非常的强，将其注入到缝隙中可使低粘度混合物在短时间内在细小的缝隙中膨胀，从而对该区域进行有效的加固并产生密封处理作用。将注浆孔设置到端头的巷帮位置以及工作面的破碎带煤区域，开口离顶板的距离为0.5 m，仰角的度数为20°，注浆孔的直径和孔的深度分别为30 mm 和4 m。注射浆液的顺序为：为了避免注浆孔之间出现串浆现象，应用间隔打眼的方式。每个注浆孔的注浆量为200 kg，具体的注浆量要根据实际情况灵活改动，注浆终止压力为3～5 MPa。

3.3 挑顺山梁与架走向梁工艺分析

采煤机截割煤完成后，出现的新煤层在短时间内不会出现冒落的现象，但是当支架卸载之后会出现冒落的现象。如此可以使用挑顺山梁的方式，先将顶梁完整处的支架移出，在移架之前将1～2 根长度为3～4 m、直径为180 mm 的木梁支护到平行工作面位置，以此来维护顶板的完整性，最后将顶板破碎处的支架移出。架走向梁的应用方式，首先需要在煤壁顶板的位置挖出梁窝，之后走向梁的两头分别加到煤壁上支架的梁窝上。倘若煤壁容易出现片帮或者不适合挖窝梁，可以将一个临时贴帮柱支设在煤壁的旁边。

3.4 架走向棚工艺的应用分析

如果工作面出现破碎顶板的现象就表明冒落的范围较大，这时不适合用挑顺山梁的方法进行支护，此时的顶板也不具备放顺山梁的条件。可以将一梁二柱或者一梁三柱的走向棚在相邻的支架间进行超前支护，之后将1 架或者2 架顺山抬棚支护架设到走向棚下。顺山棚可以同时托住3 架走向棚梁[3]，最后可以将顶板下的顺山抬棚和走向棚移出，支架在顺山梁和走向梁的保护下完成前移。通过对某综采工作面回采过程分析发现符合顶板的完整性不稳定，当顶板具有较好的完整性时可以选用前述顶板管理技术，如果出现顶板裸露就需要加强支护，从而形成良好的控制效果。然而对于胶结程度较低的复合型破碎顶板，这种管理工艺比较被动所以效果不佳。这是因为破碎顶板的胶结程度低一旦出现裸露现象就会造成岩石流动，这种现象很难进行支护控制，就会形成严重的冒顶事故，对综采工作面的生产安全形成很大的影响。通过对以往问题分析采用破碎顶板控制支护方式最为有效合理。对于顶板固结较好的位置可以应用上述管理方式，而对于破碎程度严重的地段可以采用注浆固化顶板支护技术进行控制。对移架工艺进行合理的调整，在割煤之前支护和输送机之间要留出一个截深的距离，当割煤之后需要对顶板进行移架支护并且要求一次性完成移架。当顶板破碎严重或者煤壁出现较为严重的片帮问题时，可以采用超前移架的工艺，在割煤之前要进行移架完成超前支护。

4 结语

通过本文对控制技术的分析发现该技术可以应用到采煤工作面回采过程中的不同时期和不同区域，并且对于整个回采过程都比较适用，可以有效保证破碎顶板的完整性和稳定性，并且有效提高了综采工作面的单产水平。通过对以上应用方式分析，将其应到工作面破碎顶板中可以有效控制住前者对回采工作面产生的影响，在很大程度上控制了破碎顶板的整体性，并且有效保证了工作面开采任务的完成，在很大程度上为企业创造经济效益。