28406綜采工作面頂板破碎帶冒頂原因分析及防治

王國(guó)威

（山西西山煤電股份有限公司 西曲礦，山西 太原 030200）

頂板管理是綜采工作面的安全重點(diǎn)，對(duì)于破碎頂板而言，頂板裂隙發(fā)育，穩(wěn)定性和連續(xù)性較差，若管理不當(dāng)極易出現(xiàn)頂板冒漏現(xiàn)象。頂板冒漏輕則影響工作面正常回采，重則會(huì)造成支架傾倒、設(shè)備損壞和人員傷亡等事故。因此，本著安全回采的目的，在回采過(guò)程中遇到頂板破碎帶，應(yīng)給予高度重視，并采取相應(yīng)的措施，如化學(xué)注漿、穿棚上網(wǎng)等，這些措施的實(shí)施對(duì)于確保頂板安全，保證工作面安全回采具有重要的意義。西曲礦28406工作面受到斷層、陷落柱、上部采空區(qū)等因素的影響，局部頂板破碎，在回采過(guò)程中多次出現(xiàn)頂板冒漏事故，給工作面回采造成了不利影響，鑒于此，決定以該工作面為研究將對(duì)象，分析破碎頂板冒漏產(chǎn)生的原因，并提出針對(duì)性措施，以期提高工作面安全水平。

1 工作面概況

28406綜采工作面位于北四盤區(qū)，東臨28405工作面采空區(qū)，西部、南部和北部均為未開采煤層。該工作面所采煤層為太原組8#煤層，煤層均厚4.0 m，平均傾角為4°，煤層結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，賦存穩(wěn)定，屬于穩(wěn)定可采厚煤層工作面。28406工作面?zhèn)雾敒楹?.4～1.2 m的泥巖，泥巖穩(wěn)定性較差；直接頂為1.2～2.4 m的粉砂巖，粉砂巖局部節(jié)理裂隙發(fā)育；基本頂為2.7～4.6 m的石灰?guī)r，石灰?guī)r致密性好，硬度高；直接底為厚0.2～1.1 m的炭質(zhì)泥巖，泥巖破碎；基本底為厚1.2～3.1 m的致密砂巖。工作面布置兩條回采巷道，通風(fēng)方式為“一進(jìn)一回”式，巷道采用“錨網(wǎng)”支護(hù)，工作面走向長(zhǎng)度和傾斜長(zhǎng)度分別為1522 m和173.5 m，采場(chǎng)支護(hù)選用ZY5600-21/46型支架。根據(jù)地質(zhì)資料顯示，回采過(guò)程中會(huì)揭露斷層8條，陷落柱4個(gè)，同時(shí)受到上部24304工作面采空區(qū)的影響，28406工作面局部頂板節(jié)理裂隙發(fā)育。

2 破碎帶冒頂原因分析

28406工作面在回采期間多次出現(xiàn)頂板冒漏現(xiàn)象，根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可知，90%以上的冒頂出現(xiàn)在構(gòu)造帶附近，正常回采期間冒頂次數(shù)不足10%，且冒頂范圍較小。對(duì)冒頂事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，認(rèn)為引起頂板冒頂?shù)淖钪饕蚴菢?gòu)造帶和上部采空區(qū)的影響造成工作面頂板變形破壞，同時(shí)在回采期間未采取有效的支護(hù)手段，最終導(dǎo)致頂板冒漏的發(fā)生。具體分析：

1）地質(zhì)構(gòu)造帶的影響

根據(jù)地質(zhì)資料顯示，工作面在回采期間會(huì)揭露至少8條斷層和4個(gè)陷落柱，斷層和陷落柱的存在破壞了工作面頂板的連續(xù)性和完整性，使構(gòu)造帶周圍頂板形成破碎型頂板。同時(shí)構(gòu)造應(yīng)力會(huì)對(duì)頂板產(chǎn)生沖擊式壓力釋放，改變頂板巖體的受力情況，造成頂板破碎性加劇。另外，陷落柱周圍往往會(huì)伴生大量的小型正斷層，伴生斷層的存在會(huì)造成周圍煤巖體破碎加劇，使圍巖變得更加疏松，這也是引起破碎頂板冒漏的重要原因。

2）上部采空區(qū)的影響

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)諸多學(xué)者對(duì)回采工作面底板破壞進(jìn)行了深入研究，提出了底板破壞“三帶”理論、底板關(guān)鍵層理論等理論，這些理論表明，在工作面回采期間， 回采擾動(dòng)會(huì)對(duì)底板影響和破壞［3-5］。28406工作面上部為24304工作面采空區(qū)，兩工作面煤層間距較近，根據(jù)底板破壞理論可知，24304工作面的開采會(huì)一定程度的造成28406工作面頂板破壞，同時(shí)，28406工作面受到地質(zhì)構(gòu)造的影響，頂板會(huì)進(jìn)一步破壞形成局部破碎帶，支護(hù)不當(dāng)易出現(xiàn)冒頂。

3）支護(hù)手段的影響

支架的支護(hù)狀態(tài)與破碎頂板冒漏有直接關(guān)系，根據(jù)28406工作面過(guò)破碎帶支護(hù)阻力統(tǒng)計(jì)可知，支架初撐力主要分布在2000～3500 kN，約占統(tǒng)計(jì)數(shù)的45%，支架初撐力合格率僅為31%。對(duì)28402和28404工作面統(tǒng)計(jì)分析可知，支架初撐力合格率在40%、60%、80%時(shí)，支架端頭冒頂率分別為21%、14%和6%，說(shuō)明提高支架初撐力可有效降低頂板冒漏率，故28406工作面過(guò)破碎帶時(shí)提高支架初撐力是避免冒頂事故發(fā)生的重要途徑。此外，支架初撐力不足，上方頂板處于弱支護(hù)狀態(tài)，由煤體和支架共同承擔(dān)的頂板壓力轉(zhuǎn)而由煤體起主要支撐作用，煤體受力過(guò)大易造成煤壁片幫，增加頂板空頂面積，控制不當(dāng)容易導(dǎo)致頂板失穩(wěn)。

另外，拉架順序不當(dāng)，拉架跟機(jī)距離過(guò)大，都容易造成空頂面積加大，易造成頂板冒漏；回采速度過(guò)慢，頂板彎曲下沉量增加，也易導(dǎo)致冒頂發(fā)生；采高設(shè)計(jì)不合理或者超高采煤，都會(huì)一定程度的增加煤壁的不穩(wěn)定性，降低了對(duì)頂板的支護(hù)作用，不利于頂板穩(wěn)定。

3 破碎帶頂板控制及冒頂處理

3.1 破碎帶頂板控制

（1）鋪網(wǎng)過(guò)斷層：考慮到28406工作面頂板破碎帶多是由于斷層、陷落柱等構(gòu)造帶引起，頂板圍巖條件較差，頂板巖體破碎程度較高，頂板控制難度相對(duì)較大，決定對(duì)破碎帶范圍實(shí)施頂板鋪網(wǎng)處理。根據(jù)ZY5600-21/46型支架特點(diǎn)，認(rèn)為鋪網(wǎng)控制破碎頂板的關(guān)鍵在于鋪網(wǎng)工藝的確定，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)比對(duì)，決定采用由12#鐵絲編制的孔徑為30 mm×30 mm，規(guī)格為10 m×1.25 m的金屬網(wǎng)，走向和傾向方向采用壓茬式聯(lián)接，且要求網(wǎng)片間搭接不低于200 mm，網(wǎng)片間捆扎要求不超過(guò)200 mm，聯(lián)網(wǎng)方式見圖1。

圖1 28406工作面過(guò)頂板破碎帶頂板鋪網(wǎng)

（2）注漿加固：實(shí)踐表明，頂板鋪網(wǎng)能夠較好的避免破碎帶冒漏，但是鑒于生產(chǎn)過(guò)程中支架前梁前上方受到采動(dòng)和礦壓影響，若拉架不及時(shí)、支護(hù)滯后等影響，碎裂度較高的頂板還是會(huì)出現(xiàn)冒漏現(xiàn)象，此時(shí)可采用提前注漿加固來(lái)提高頂板巖體的穩(wěn)定性和整體性。28046工作面注漿選用瑪麗散，瑪麗散注入巖體后可快速形成機(jī)械性能強(qiáng)、粘合力高的混合物，能夠迅速將松散煤巖體粘合一起，根據(jù)28406工作面實(shí)際，注漿鉆孔間距布置為6 m，注漿孔深6 m，注漿結(jié)束以漿液從煤巖體中溢出為準(zhǔn)。通過(guò)對(duì)破碎帶注漿加固，有效的提高了破碎帶巖體的穩(wěn)定性、整體性和強(qiáng)度，極大的避免了破碎帶冒漏事故的發(fā)生。

3.2 破碎帶冒頂處理

（1）架棚處理冒頂：當(dāng)支架頂梁前方出現(xiàn)冒頂后，若冒頂范圍和高度較小，應(yīng)及時(shí)拉超前架，并打開護(hù)幫板進(jìn)行護(hù)幫，避免頂板冒漏程度加劇；若冒漏范圍相對(duì)較大，拉架和護(hù)幫后仍未能對(duì)冒漏區(qū)域形成有效支護(hù)，則可采取架設(shè)棚子來(lái)進(jìn)行支護(hù)，即在冒頂區(qū)域架設(shè)鋼梁，鋼梁一端架設(shè)在支架頂梁上，另一端朝垂直煤墻，在鋼梁下方打貼幫單體柱，然后在鋼梁上架設(shè)半圓木、道木等直至接頂，將貼棒單體柱和支架升緊，在回采過(guò)程中采用擦頂移架方式在鋼梁下方拉架直至通過(guò)冒頂區(qū)。

（2）化學(xué)注漿處理冒頂：出現(xiàn)冒頂范圍較大時(shí)，待冒頂區(qū)域巖體性對(duì)穩(wěn)定后，沿走向架設(shè)鋼梁棚，老空端架在支架梁頭，煤墻端下面打點(diǎn)柱，然后在木棚上方的碎裂煤巖體中注射瑪麗散，將碎裂煤巖體粘合在一起；而后利用羅克休進(jìn)行冒頂區(qū)填充，羅克休進(jìn)入冒頂區(qū)后迅速膨脹具有一定抗壓強(qiáng)度的塑形體，進(jìn)而阻止周圍巖體移動(dòng)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際可進(jìn)行多次填充，待將采空區(qū)完全填充后方可進(jìn)行回采。破碎帶冒頂區(qū)域注漿處理見圖2。

圖2 28406工作面破碎頂板冒頂化學(xué)注漿處理

4 結(jié)語(yǔ)

頂板破碎帶管理是礦井安全管理的重點(diǎn)和難點(diǎn)，如若管理不當(dāng)極易造成頂板冒漏，引發(fā)安全事故。頂板破碎帶安全管理的重點(diǎn)在于管控為主，因此，工作面在過(guò)頂板破碎帶時(shí)應(yīng)認(rèn)真研究頂板破碎帶引發(fā)冒頂?shù)闹饕绊懸蛩兀⒂嗅槍?duì)性的提出破碎頂板的管控方案。對(duì)于已經(jīng)發(fā)生的冒頂，要根據(jù)冒頂情況采取不同的積極主動(dòng)措施，盡量減小冒頂對(duì)回采的影響。通過(guò)28406工作面生產(chǎn)實(shí)踐可知，通過(guò)頂板破碎帶管理措施的實(shí)施，該工作面大幅度降低了破碎帶頂板冒漏率，工作面回采速度提高了將近25%,經(jīng)濟(jì)效益顯著。