煤礦回采工作面破碎頂板控制關鍵技術研究

王繼元

摘 要：煤礦巷道回采工作是一項既復雜又危險的工作，其中破碎頂板極易出現安全事故，對煤礦生產安全造成嚴重影響。本文以某地一處煤礦的實際生產狀況以及其地質條件為依據，對該煤礦回采工作面以及其破碎頂板的影響因素、冒落機理、支護架以及破碎頂板的管理進行了深入研究，并探索出頂板發生冒頂情況的原因，據此制定了相應的改善措施。

關鍵詞：煤礦回采工作面；破碎頂板；控制技術

中圖分類號： TD82 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）24-229-2

0 引言

煤炭可有效保證我國經濟平穩、持續發展，因此煤礦開采工作面中的頂板情況，以及頂板支護的管理質量會直接對該煤礦的安全生產以及經濟效益產生嚴重的影響。在國際中享有盛名的煤礦開采場地中頂板控制和管理理論，在一般情況下進行的煤礦開采工作具有十分重要的指導意義，使得煤礦開采工作能夠順利進行。但是，就當前的科技發展形勢來看，傳統的礦山開采管理觀念和理論只有不斷地完善和創新才能適用于現代煤礦開采工作，提升破碎頂板的控制技術含金量，促進煤礦業的發展。

1 礦井簡介

該煤礦的具體位置在安徽省的濉溪縣南邊15千米處，距離東南方向的宿州市約35千米。該煤礦從南部的百善集開始，延續至北部的南沱河處，從南至北共長8千米左右，東西方向寬度為3.5千米，礦內含煤面積約為23.3平方千米。濉阜鐵路由該礦區南部的百善集出經過，一路沿著北方的青龍山前行，轉符夾線后連通隴海、京九以及津浦等多條鐵路干線。在百善集有濉蒙和宿永兩條公路干線的交匯處，有極其便利的交通環境。

該煤礦的采煤層可分為兩層，且這兩層采煤層全部都在二疊系形成，6號煤區可全部開采，但是5號煤區只有部分可進行開采工作。該礦井的地質結構形態從整體上看，展現出由南向北逐漸延伸的復式向斜結構的盆地，并且該盆地呈現出左旋“S”型結構，并且發育出20條左右的較大斷層，其中有4條斷層的斷距為約30m。

該煤礦的水文地質條件并不復雜，煤礦的南半段大致為簡單型，北部段則屬于中等型，因此該煤礦的水文地質條件整體為“簡單-中等”型。根據煤礦處地具有的沉積特征和富水特征，并結合該區域中含有的隔水層組以及該礦井的水文特點，該礦井區的含水層可分為四層：新生界松散層、基巖風化帶、煤系砂巖裂隙以及太原群灰巖。

2 煤礦回采工作面破碎頂板冒頂原因

破碎頂板一般出現在斷層帶、節理裂隙、穿舊巷隙等區域內，頂板強度下降是破碎頂板的主要表現形式之一，受到礦山壓力的影響較大，極易造成頂板斷裂情況，部分環境中破碎頂板呈細小塊狀或粉末狀。破碎頂板冒頂機理為：

地質層發生運動時，巖層會受到張力以及擠壓情況的影響，造成巖層斷裂進而形成斷層，是頂板的完整性受到破壞，斷裂面也會因此不斷地向四周的頂板擴展。兩面斷層面之間一般都會堆積著粉狀物或者泥狀物，較為光滑，上盤和下盤之間的巖石失去了粘結能力，煤礦頂板管理失去秩序。

地殼運動導致地層巖石的水平壓力承受能力降低而出現了褶曲，褶曲內部具有的構造壓力以及殘余應力會對原始巖層的應力場分布產生影響，使煤礦的背、向斜區域內聚集了大量的彈性能力，導致破碎頂板局部出現冒頂。

煤層受到壓力的影響，導致其厚度變薄，并且頂板受到擠壓后會形成大量的節理和裂隙滑動面，造成頂板破碎，并伴有孤立性和單獨性，因滑落而造成局部冒頂現象，嚴重時支護架攤到而形成面積較大的冒頂現象。機械化煤礦巷道回采工作面的破碎頂板冒頂情況，會對煤礦生產的安全性、開采效率等產生嚴重影響，結合煤礦的具體情況以及煤礦的地址、水文條件以及煤礦的當前的生產狀況，推測出導致工作面頂端出現冒頂情況的原因包括：①地質條件。煤層以及圍巖的強度、裂隙、褶曲、斷層等多種地質結構可直接對巷道頂板的穩定性產生影響，屬于具有根本性質的內在因素。斷層之間存在的落差和周邊的漲性結構裂隙程度呈正相關，巖層性質的軟硬程度與出現冒頂的概率存在正比關系。②支護架初始支撐力以及支護強度。煤礦回采工作面的支護強度和破碎頂板冒落之間存在著雙曲線關系。根據實地考察可知，該煤礦頂板出現事故在支架工作阻力240-290kN/m2區間時變化尤為明顯，當工作阻力小于該區間時，頂板冒頂現象極其激烈，當工作阻力大于該區間時，頂板冒頂現象不嚴重，由此可見支架工作阻力的參數設置合理，才能有效減少頂板冒頂現象出現。支護架的初始支撐力會對支護強度以及支護效果產生重要影響，保證支護架的初始支撐力意義重大。

3 煤礦回采工作面破碎頂板控制技術

煤礦回采工作面中存在多種生產要素，而最重要的就是破碎頂板的工作面，頂板管理在煤礦生產過程中的重點工作，合理的頂板管理才能保證工作面施工的安全性，生產質量以及生產效率等。煤礦回采工作面破碎頂板最明顯的特點就是因為破碎易出現冒落情況。頂板的承受的暴露時間段，面積小，防護不及時就會出現漏頂，不采取合理的措施漏頂范圍會增加，最終導致冒落事故，因此必須在發生冒頂現象之前就采取相應的措施對頂板加以控制。對此可采取以下措施解決：

3.1 加強勘測

首先需要加強煤礦回采工作面的地質條件勘測工作力度，在開始回采工作之前必須有細致的煤礦地質說明資料，主要內容應該有，該回采工作面的地質結構變化、水文地質條件、斷層面信息、褶曲、頂板破碎帶、節理和裂隙的發育情況等，據此制定出可行性較高的冒落預防措施。

3.2 做好支護工作

改善煤礦回采工作面的破碎頂板狀況，需要較好地完成支護工作，更重要的是超前支護工作。采煤機完成割煤工作以后，向前移動支護架再移動輸送機，可以通過超前采煤機進行移動支護架工作，確定支護架的頂梁已經頂住煤壁，以此避免因頂板暴露出現冒頂現象而進行的超前支護措施。

3.3 盡量減少梁端距

回采工作面的破碎頂板進入頂梁上方以前破碎問題就已經很嚴重，并且在頂梁上方位置形成了不同厚度的浮矸層，在移動支護架過程中浮矸就會沿著支護架掉落，進而加大冒頂面積。因此，在煤礦回采工作面中減少梁端距是有效解決該問題的措施，并結合臨時支護措施控制破碎頂板。

3.4 伸縮支護架以及金屬網

煤層頂板穩定性不足，回采工作面的支護架的選擇應該是自帶護幫板并且伸縮能力較強，在采煤機完成該區域的割煤作業后，立將支護架向前移動或及時將護幫板和伸縮裝置打開，對剛剛暴露出來的頂板進行支護，將伸縮裝置伸出以減小端面之間的距離。

在支護架的頂梁上方鋪設金屬網可有效控制破碎頂板的冒頂現象。頂梁上方鋪設金屬網可將破碎頂板暫時形成一個整體，這樣既可對頂板的功效進行改善，值得注意的是，一般情況下金屬網會鋪設兩層，增加控制力度。

3.5 走向梁架立

在煤壁上接近破碎頂板的位置挖掘一個安放走向梁的梁窩，使走向梁的兩端分別架在煤壁和支護架頂梁處。梁窩的位置選擇必須保證避開易片幫的煤壁，避免出現其他安全事故。

3.6 帶壓擦頂移動支護架

在移動支護架時一定要設置支柱的工作阻力，保證頂梁能夠緊貼著頂板向前移動，這樣能夠在一定程度上減少支護架移動時破碎頂板巖層的活動量，防止支護架移動破壞頂板。

3.7 加強施工人員的培訓

煤礦回采相關負責人需要開設宣講活動，為煤礦井下施工人員進行安全宣講，保證施工人員能夠明確意識到破碎頂板冒落事故的危險性，以及控制回采工作面破碎頂板的重要作用，強化施工人員的工作意識，提升施工質量，減少破碎頂板冒落事故的發生率。對控制破碎頂板冒落的工作經驗進行總結，吸取控制失敗的教訓，優化控制技術，加強控制力度，將破碎頂板冒落事故的危害控制在最小的范圍內。

上述的煤礦回采工作面破碎頂板的控制措施，需要根據不同煤礦的實際情況進行靈活應用，才能將破碎頂板的局部冒落事故發生率降至最低。因此，只有指定合理的、有針對性的控制措施才能保證減輕局部冒落事故危害程度，加強管理，總結經驗，指定合理的事故預防方案，做到防患于未然。

4 結語

綜上所述，根據對現有煤礦的破碎頂板性質、形成機理進行深入分析，明確煤礦內現使用的設備對破碎頂板的適應程度，為研究開采區的部署方式、回采工作面的相關參數、回采工藝等因素對破碎頂板的控制產生的影響奠定基礎，進而明確現行的煤礦回采頂板的控制技術以及管理方式的不足，保證對破碎頂板產生的原因有更深層次的認識，了解破碎頂板可能產生的危害的嚴重性，結合精進的控制技術以及有效管理措施，提升煤礦開采的安全性，促進煤礦行業的發展。

參 考 文 獻

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