淺談富力煤礦-450中22層工作面破碎頂板綜合控頂措施

摘 要：煤礦工作面破碎頂板綜合控頂工作是保證煤礦安全生產(chǎn)的重要內(nèi)容，破碎頂板對(duì)煤礦生產(chǎn)的安全威脅較大。本文將重點(diǎn)對(duì)富力煤礦-450中22層工作面受地質(zhì)構(gòu)造等問題出現(xiàn)頂板破碎時(shí)進(jìn)行綜合控頂技術(shù)進(jìn)行分析，采取合理有效的措施，保證煤礦安全。

關(guān)鍵詞：采煤工作面;破碎頂板;綜合控頂;措施

1.引言

煤礦工作面破碎頂板嚴(yán)重威脅煤礦生產(chǎn)安全，是煤礦研究中的主要問題之一。本文將重點(diǎn)對(duì)富力煤礦-450中22層煤礦破碎頂板問題進(jìn)行分析，對(duì)工作面綜合控頂措施進(jìn)行針對(duì)性的分析。

2.工作面概況

富力煤礦-450中22層本區(qū)走向長(zhǎng)234米，傾斜平均長(zhǎng)110米，煤層平均傾角29o，煤層平均厚度5.27米，工作面設(shè)計(jì)開幫高度2.0米，放煤高度3.27米。區(qū)域范圍內(nèi)煤巖產(chǎn)狀變化較大，構(gòu)造比較復(fù)雜。區(qū)域內(nèi)有f1、f2、F24斷層影響。f1斷層走向N35°W，傾向W35°S，傾角70°，落差20米。該斷層為正斷層;f2斷層走向N12°W，傾向E12°S，傾角45°，落差大于10米。該斷層為正斷層;F24斷層走向N41°W，傾向W41°S，傾角40°，落差30-50米左右。因受以上斷層影響，局部伴生一些小的斷層，并出現(xiàn)褶曲牽引現(xiàn)象，使煤層傾角變大，對(duì)回采有一定影響。

目前條件下大部分工作均揭露出斷層結(jié)構(gòu)，容易出現(xiàn)冒落等問題，影響正常回采工作開展并且斷層和褶曲結(jié)構(gòu)瓦斯賦存異常，如果沒有良好的控制工作面頂板將會(huì)造成大規(guī)模的冒頂事故出現(xiàn)，影響礦井安全生產(chǎn)。

3.影響工作面破碎頂板控制的條件

3.1 地質(zhì)構(gòu)造

煤層和圍巖周圍的巖體強(qiáng)度是質(zhì)地構(gòu)造需要考慮的重要因素，此外還包括節(jié)理類型、裂隙發(fā)育情況、斷層分布等問題。隨著工作面開采不斷推進(jìn)，煤礦周圍巖體的應(yīng)力穩(wěn)定性受到破壞，原本施加于上部頂板巖層的應(yīng)力轉(zhuǎn)移釋放，如果巖層的強(qiáng)度不夠，則容易導(dǎo)致頂板破碎。如果巖層節(jié)理和裂隙發(fā)育，在受到額外的應(yīng)力作用后將會(huì)導(dǎo)致巖層發(fā)生破碎和冒落，冒落后由于本身的分散應(yīng)力形成應(yīng)力集中，仍然容易出現(xiàn)安全問題。如果該位置工作面斷層褶曲發(fā)育，則構(gòu)造帶周圍的巖石破碎，非常容易引發(fā)頂板冒落。

3.2支架初撐力和支護(hù)狀態(tài)

在工作面回采過程中，由于地下環(huán)境復(fù)雜等因素，本身支架移動(dòng)之后穩(wěn)定下降，達(dá)不到原本的初撐力，難以保證對(duì)頂板有效支撐，可能出現(xiàn)頂板破碎事故。礦區(qū)本身地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜，工作面整體的起伏角度大，一旦偽傾角掌握不足，工作面輸送機(jī)便會(huì)上下移動(dòng)，支架難以垂直，相鄰支架之間呈現(xiàn)臺(tái)階錯(cuò)位，不能形成平面支撐效果，降低支護(hù)質(zhì)量。支架歪斜會(huì)導(dǎo)致頂梁和頂板接觸不佳，支護(hù)面積變小，加劇頂板破碎發(fā)生。

3.3支架端面距

工作面在向前推進(jìn)時(shí)本身支架會(huì)受到頂板破碎和傾角變化影響，出現(xiàn)歪斜、咬架的問題，支護(hù)效果難以保證。仰采時(shí)工作面提刀幅度如果過大，將會(huì)導(dǎo)致支架向后仰過過多，端面距增加。如果煤層相對(duì)松軟，則端面距會(huì)進(jìn)一步增加，相對(duì)控制頂板更難。

3.4 推進(jìn)速度

工作面的頂板控制工作與推進(jìn)速度也存在一定的關(guān)系。如果工作面推進(jìn)速度較快，整體應(yīng)力變化時(shí)間較短，受到周期來壓的影響較小，因此相對(duì)控制效果比較好;如果推進(jìn)速度較慢，那么周期來壓相對(duì)較大，壓力會(huì)向前移動(dòng)至工作面出，導(dǎo)致煤壁片幫，支架的端面距增加，同時(shí)頂板受力破碎，增加頂板控制難度，導(dǎo)致工作面的推進(jìn)速度越來越慢，降低生產(chǎn)效率。

4.工作面支護(hù)設(shè)計(jì)

4.1支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算

注：P—支護(hù)密度? 根/m2;? ? D—頂板單位面積載荷量? T/㎡

K—單體支柱支撐強(qiáng)度（30T/根）;M—設(shè)計(jì)開幫高度

R—支護(hù)強(qiáng)度? ?T/m2;V—頂板煤巖容重取2.0 T/ m3

1.06—兩組支架之間支護(hù)的寬度（0.76+0.3）m;支架立柱的工作阻力 T

頂板單位面積載荷量D=8.M.V=8×2.0×2.0=32.0 T/m2

支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算：

最大控頂距時(shí)支護(hù)密度：P大 =5/（3.7×1.06） = 1.275根/m2

最小控頂距時(shí)支護(hù)密度：P小 =5/（2.8×1.06）= 1.68根/m2

最大控頂距時(shí)支護(hù)強(qiáng)度：R大 = （5×30）/（3.7 ×1.06）= 38.2T/m2

最小控頂距時(shí)支護(hù)強(qiáng)度：R小= （5×30）/（2.8×1.06 ）= 50.54T/m2

4.2支護(hù)方式和參數(shù)選擇

根據(jù)上述計(jì)算工作面選擇天津市鵬程液壓支架廠生產(chǎn)的BDY型并聯(lián)頂梁液壓支架支護(hù)頂板，完全能夠滿足工作面支撐能力的要求。

ZH1600/15/26B支架主要技術(shù)參數(shù)：

5.采煤工作面破碎頂板綜合控制措施

5.1優(yōu)化工作面設(shè)計(jì)工作

根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件的調(diào)查應(yīng)當(dāng)盡可能減少觸及存在褶曲構(gòu)造較大的位置，分散褶曲位置的煤層由兩個(gè)工作面完成。

當(dāng)巷道掘進(jìn)時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)斷層和構(gòu)造帶時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)的調(diào)整施工角度，巷道坡度越大則頂板破碎管理難度越大;在巷道行進(jìn)時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量保證順平或者按照一個(gè)方向前進(jìn)，避免出現(xiàn)彎曲或者變向，特別是頂板位置，如果出現(xiàn)變向?qū)?huì)直接導(dǎo)致該位置形成應(yīng)力集中，導(dǎo)致問題的出現(xiàn)。

5.2確保支架支護(hù)強(qiáng)度

在移動(dòng)支架完成后，應(yīng)當(dāng)升高支架，使其仍然保持初撐力效果。在移動(dòng)時(shí)，首先啟動(dòng)千斤頂，逐步的對(duì)其進(jìn)行卸載，保證支架頂梁和頂板之間存有支撐阻力，設(shè)備帶壓前進(jìn)，在一定程度上控制頂板下沉量和破碎程度。

破碎頂板位置可以前期準(zhǔn)備好金屬網(wǎng)進(jìn)行鋪設(shè)安裝，從而降低頂板冒落造成的危害;同時(shí)沿著工作面的傾向位置安置工字鋼，避免支架錯(cuò)茬導(dǎo)致支架頂梁不齊，提升支護(hù)質(zhì)量。

5.3提升推進(jìn)速度

制定合理的推進(jìn)速度，制定相應(yīng)的推進(jìn)速度計(jì)劃，工作面每月推進(jìn)量大于50m。在推進(jìn)工作面，應(yīng)當(dāng)在合理范圍內(nèi)適當(dāng)加快推進(jìn)速度，避免慢速推進(jìn)，降低由于壓力前移作用導(dǎo)致的頂板破碎問題。

5.4 施工超前管棚

工作面頂板破碎、煤壁不片幫時(shí)，可以實(shí)行在工作面內(nèi)煤壁肩窩搭建施工超前管棚，然后結(jié)合金屬網(wǎng)形成維護(hù)效果，在拉動(dòng)支架時(shí)需要控制高度來保證前梁能夠托起管棚。如果煤壁片幫較大時(shí)，不僅需要鋪設(shè)金屬網(wǎng)來保護(hù)，同時(shí)還要沿傾向線設(shè)計(jì)工字鋼，在下部設(shè)置貼幫柱。如果片幫過于嚴(yán)重或者已經(jīng)出現(xiàn)大面積冒頂時(shí)則不適用超前管棚。

5.5注入加固材料

如果頂板過于松散，可以提前注漿將松散的煤巖體形成統(tǒng)一的整體，具備一定的承載能力。通過注入高強(qiáng)度的漿液可以對(duì)煤巖體內(nèi)的裂隙進(jìn)行填充，形成具有高強(qiáng)度的構(gòu)架，提升煤巖體內(nèi)部的粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角，從而有效的提升巖體的強(qiáng)度，從而利用提升的承載力實(shí)現(xiàn)主動(dòng)支護(hù)。

6.結(jié)束語

采煤工作面破碎頂板對(duì)于煤礦的安全生產(chǎn)具有重大影響，如果沒有良好的進(jìn)行控制將會(huì)導(dǎo)致重大的安全事故。在綜合控頂措施制定時(shí)應(yīng)當(dāng)以預(yù)防為主，加快推進(jìn)速度，保證支護(hù)強(qiáng)度能夠達(dá)到要求。當(dāng)出現(xiàn)相應(yīng)構(gòu)造問題時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)的采取上述措施來提升頂板的強(qiáng)度，保證工作面正常生產(chǎn)。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，應(yīng)當(dāng)實(shí)時(shí)關(guān)注工作面的變化，制定針對(duì)性強(qiáng)的措施來保證頂板控制效果，保障安全生產(chǎn)工作開展。

參考文獻(xiàn)：

[1]拜志軍. 采煤工作面破碎頂板綜合控頂措施研究[J]. 山東煤炭科技， 2017（1）：27-28.

作者簡(jiǎn)介：

于國(guó)鋒 男 1984年出生，2008年畢業(yè)于黑龍江科技學(xué)院采礦專業(yè)，現(xiàn)工作于龍煤鶴崗礦業(yè)有限責(zé)任公司富力煤礦三采區(qū)，主要負(fù)責(zé)采煤技術(shù)及管理工作。