薄基巖下綜采工作面壓架原因及處理措施

周文勇

【摘 要】綜采工作面由于受到各類因素的影響，特別是薄基巖的條件下，由于上部承載力弱，極易導致工作面壓架和倒架現象，全國很多地區都發生過綜采工作面壓架倒架現象，為此有必要對綜采工作面倒架的原因進行，并總結出倒架的防范措施及處理方法。

【關鍵詞】薄基巖；壓架；綜采；原因；措施

1薄基巖條件下巖層運動規律的研究現狀

國內對于薄基巖條件下巖層移動與控制方面的研究主要是在上世紀90年代初隨著大柳塔煤礦某工作面壓架事故的發生才開始的，而且研究主要集中在淺埋深、薄基巖條件下巖層運動的規律。西安礦業學院的侯忠杰教授以及黃慶享教授結合相似材料模擬、觀測資料，采用有限元數值計算對厚松散層下淺埋煤層開采進行了分析：認為基巖破斷及沿全厚切落是由剪切力造成的；整體臺階下沉造成冒落帶高度增加，使覆巖三帶發生了變化；淺埋薄基巖松散層頂不能形成穩定的切體梁結構；由于整體臺階下沉，常規的防砂巖柱經驗公式在此不適應；工作面支護強度對基巖破壞及臺階下沉有明顯影響。下面就某工作面實際來分析壓架原因及處理措施。

2 工作面概況

某礦一綜采工作面位于礦井東四采區東翼，傾斜長壁開采，面長130m，推進長度675 m，地質構造較為復雜。受構造應力作用，煤系砂巖裂隙局部發育，富水性和滲透性較差，主要接受上覆含水層的補給。第四系下部砂礫含水層組直接覆蓋于煤系地層之上，層厚42.5 m，主要成分為石英巖、長石砂巖，粒徑5～20 mm，結構松散。該含水層與煤層頂板砂巖裂隙通過斷裂構造、風化裂隙、構造裂隙等發生一定的水力聯系。

以上工作面壓架時都伴隨著頂板沿煤壁線以內切斷，煤壁附近有明顯的切落線，體現一定厚度范圍內的頂板全厚度切落。同時頂板垮落時有較大的沖擊力，支架因無法承受初次來壓的沖擊，而先后被壓死，無法再組織生產，來壓速度快、強度大，支架700～800mm的活柱，僅在10h左右支架即被壓死，工作面頂板出現整體下沉，煤壁被整體壓出產生位移500mm之多。

上述發生壓架的工作面都是在巨厚松散承壓含水層、薄基巖條件下進行開采。多起采場壓架事故的發生，說明此地區采場在松散承壓含水層、薄基巖條件下開采頂板破斷運動規律有其特殊性，而現有的采場支護技術與支護管理不能完全適應采場覆巖結構運動規律。為了避免類似的采場壓架事故的再次發生，有必要對該地區采場特定的覆巖結構與破斷規律開展研究，找出導致采場壓架的主要原因，提出相應的防治對策。

3工作面倒架原因分析

通過對該工作面壓架時現場觀察，發現工作面壓架時煤壁上方有明顯的頂板切落線、頂板出現臺階式下沉等現象，同時伴隨著來壓強度快、具有較強的沖擊力等特征，所有工作面壓架時出現的現象都說明了工作面頂板來壓時屬于一定范圍內的巖體“全厚切落式”冒落。

壓架的同時工作面的涌水量也相應的增大，地面水位常觀孔的水位標高在工作面壓架期間也明顯的降低，對該工作面涌出水進行元素分析也發現水中含有“四含水”中的元素，所有這些都證明了工作面壓架時工作面涌水量有了“四含水”承壓水的介入，有裂隙發展到四含承壓含水層。

該工作面頂板存在著多層關鍵層，由于該工作面是在薄基巖條件下進行開采，導致了多層關鍵層構成了復合效應；又由于松散承壓含水層的存在，使表土層的載荷完全作用在關鍵層上，導致多層關鍵層破斷時構成復合破斷，工作面頂板形成一定范圍內的巖層“全厚度切落式”礦壓顯現，頂板出現臺階下沉，來壓強度大，速度快，具有較強的沖擊力，來壓的瞬間支架載荷劇增，因部分安全閥動作跟不上而不能迅速開啟卸載，出現支架壓死現象，失去承載能力。

在影響關鍵層復合破斷的諸多因素中，關鍵層上覆載荷的作用方式以及基巖的厚度對關鍵層的復合破斷有決定作用。關鍵層上覆作用載荷若為均布載荷，關鍵層極易構成復合破斷；若關鍵層上覆載荷為表土層或巖層加載，由于在采動過程中表土層或巖層有成拱效應，作用在關鍵層上面的載荷就相對較小，關鍵層就不易發生復合破斷，工作面也就不會發生一定范圍內的巖層“全厚切落式”礦壓顯現特征。基巖的厚度較薄時，關鍵層也極易構成復合破斷，當基巖的厚度增大到一定的程度，關鍵層就不會發生復合破斷。

通過分析該工作面的開采條件完全符合在均布載荷（松散承壓含水層）和薄基巖條件下開采，從而導致了該工作面頂板巖層中的關鍵層隨著推進距的增加發生復合破斷。因此，該工作面壓架的主要原因是工作面頂板中的關鍵層發生復合破斷，工作面頂板多層巖層發生“全厚切落式”垮落，超出工作面的支架的承載能力，發生意想不到的壓架事故。

4處理工作面倒架措施

工作面壓架的主要原因是工作面頂板中的關鍵層發生復合破斷，一定范圍內的巖層發生“全厚切落式” 垮落造成的。因此，防止類似該工作面采場壓架的措施應該從兩方面考慮：一方面是在工作面頂板中的關鍵層發生復合破斷、頂板一定范圍內巖層“全厚切落式”垮落時，工作面支架能夠支撐切落巖層所產生的壓力；另一方面是采取一切開采措施使工作面頂板巖層內的關鍵層不發生復合破斷，頂板不發生一定范圍內的巖層“全厚切落式”垮落。要做到這兩方面，應該采取以下幾種主要開采措施。

4.1 提高工作面的支護強度

提高工作面的支護強度主要目的是在工作面頂板中的關鍵層發生復合破斷時，支架的支撐力能夠支撐整體切落巖層所產生的壓力，不至于發生支架壓死現象。

工作面的支護強度直接影響到工作面支架的工作阻力和初撐力，提高工作面的支護強度對工作面安全生產至關重要。工作面的支護強度首先表現在工作面支架選型方面，目前我國支架選型主要是依據是工作面阻力，確定方法有兩種：一是按傳統的倍數巖重法和動載系數法估算其理論值：另一是根據實測礦壓數據或相鄰礦井的實際進行類比。這兩種方法都沒有考慮到工作面的具體情況，沒有涉及到工作面頂板覆巖結構特征，一旦工作面頂板出現非常規冒落，工作面就會出現意料不到的壓架事故發生，

4.2 縮短工作面的開采長度

從第二章理論分析可知，工作面的開采長度對工作面開采以后上面巖體的冒落高度有重要的影響，同時工作面開采長度對關鍵層復合破斷有控制作用，因此，縮短工作面開采長度是控制頂板異常來壓的有效因素之一。

4.3 疏干或疏降開采

疏干或疏降開采是指利用各種疏水工程和設備（如疏水井巷、大口徑疏水鉆孔、設置強排水設備等），將上覆水體疏干或將上覆含水層的水位疏降到開采水平以下。上覆水體水量較小、補給有限時，采取疏干措施；當上覆水體的水量較大、補給充足時，采取降水位措施。對于類似工作面在薄基巖、承壓含水層下開采應采用疏干開采，一是可以降低工作面的涌水；二是可以降低水壓，把作用在基巖上的載荷由均布載荷變成基巖或表土層加載

5 結束語

大采高綜采工作面液壓支架傾倒的因素很多，如地質條件、設備、管理等。實際工作中應加強對支架傾倒原因的分析和控制，根據不同的倒架原因，采取不同的措施。可以有效避免了工作面遭受巨大的損失，使大采高綜采工作面真正發揮高產高效的作用，也為類似條件下工作面設備的防倒提供了寶貴經驗。

（作者單位：內蒙古銀宏能源開發有限公司泊江海子礦）