特殊地質條件下綜采工作面頂板控制技術

鮑 鋼

(山西汾西礦業集團水峪煤業，山西 孝義 032302)

引 言

在綜采工作面的初采期間，會出現頂板的初始壓力顯現。如果頂板比較堅硬，則直接落下的頂板將無法完全填充滿采空區的空間，有時甚至會出現空頂面積太大，這不僅會增加支架的工作壓力，還會帶來了嚴重的安全隱患，甚至可能會出現采空區頂板大面積冒落的現象，解決這一問題的關鍵是采用強制放頂技術來促使頂板及時的垮落，避免造成安全隱患。

1 綜采工作面初采期間頂板控制技術

近十年來，某礦超深孔強制爆破技術得到了不斷的改進、升級和完善。其應用效果很好，并在該地區得到推廣應用。該技術的核心是長、短爆破孔的對齊，增加爆破孔以及PVC管裝料的新技術[1]。

1.1 超深孔爆破強制放頂技術

1.1.1 炮眼設計

根據工作面的具體情況，將爆破孔的仰角設計為30°，最大深度(垂深)設計到25 m，使用長短爆破眼以“一”字形狀排列；端部雙向“八”字形狀排列，所有爆破孔的水平投影在同一直線上，爆破孔的中心線距12613工作面的1m的距離，每小組設3個爆破孔，其中4組爆破孔的長度分別為50 m、40 m、30 m，炸藥固定在32 mm、28 mm和28 mm之間，平均為24 mm。一共9組27個爆破孔，孔間距800 cm。

1.1.2 增加眼睛強度以確保裝藥效果。

頂板相對堅硬的情況下，在上述爆破孔布置的基礎上，有必要在其他組上增加額外的孔，以確保頂板爆破效果。

1.1.3 PVC爆破新技術管的生產過程。

將75mm直徑的PVC管切成2m的長度，然后用PVC膠將管接頭固定在管的一端。將每個孔所需的所有PVC管排列成一條直線，然后將導爆索擰入PVC管中，留出導爆索接線的長度。為了保證引爆效果，需要盡量多裝入幾根導爆索，此外為了防止導爆索脫落，還要有固定措施。用一串細繩折疊并捆扎每個試管，然后用紙卷覆蓋試管的一端，形成PVC管，在一端卷起密封紙，然后將管插入管中。每米PVC管的重量為3.6 kg，裝藥系數為0.7，裝藥后用密封紙卷將其密封。爆破孔加載程序：填充爆破孔時，將準備好的PVC爆破管和PVC爆破泥管通過運輸工具送到爆破現場，然后手動連接并裝入孔中，炸藥最后裝入并將孔密封，PVC管超深孔爆破的裝藥過程，如圖1所示。

圖1 強制放頂炮眼的 PVC 管裝藥新工藝示意

1.2 綜采工作面初采期間頂板管理技術措施

在使用深孔爆破迫使頂板垮落到采空區之后，仍然需要嚴格的控制頂板措施，以確保開采初期的操作安全。初采期間采取的主要措施有：加強對工作面及材運兩巷的礦壓觀測工作和觀測數據的收集和整理，及時準確確定初次來壓時間和初次來壓步距及來壓強度；初采時要及時打出支架前探梁，拉架后支架升平升緊，頂梁接頂嚴實；材運兩巷進行兩端頭頂板維護時，嚴格按照先支后回的原則進行,嚴禁提前回收支柱[2]；材運兩巷超前支護支柱初撐力小于11.4 MPa時，支柱必須穿柱鞋支設在實底上；若工作面頂板壓力大或頂板破碎時，采用帶壓移架提前拉架的方式拉架，及時支護工作面頂板，以減少采動對頂板的影響；若遇到工作面頂梁前端頂板垮落高度大于300 mm時必須停機，按照作業規程中處理冒頂措施及時處理。頂板控制好后，方可繼續進行回采；嚴格控制工作面煤層層位和工作面采高，嚴禁超高開采，對歪架、擠架、倒架等現象必須及時處理，及時檢修支架和處理卸壓支架；工作面供液系統必須完好可靠，杜絕跑冒滴漏現象。泵站壓力≥30 MPa；嚴格執行作業規程的規定及時移架控頂，支架移設要及時有效，前梁接頂嚴密，減少頂板的空頂時間和空頂面積。

1.3 準確判斷綜采工作面初次來壓

正確判斷初始壓力是消除工作面初采過程中因頂板大面積垮落而造成頂板安全隱患的關鍵。判斷初始來壓的標準為頂板下沉量和下沉速度，甚至出現有次序階梯式下沉，頂板破碎，伴隨著大的斷裂聲音，支架的工作阻力加大及煤壁出現大面積的片幫等。基本頂初次垮落示意圖，如圖2所示。

圖2 基本頂初次垮落示意圖

2 綜采工作面過空巷頂板控制技術

2.1 空巷基本情況

工作面機頭在推進至六橫貫和七橫貫之間、機尾推進至三橫貫和四橫貫之間會遇到一條以60°斜交并橫貫工作面的空巷，如圖3所示。空巷的寬度為4.5m，工作面與空巷相遇后，要盡量控制工作面的推進速度和空巷與工作面暴露面積，這樣會大大減小工作面與空巷通道期間的頂板面積，并減少了控制頂板的難度[3]。

圖3 空巷與工作面對應位置平面示意

盡可能減小空巷的橫截面并加強支護。一般情況下，巷道高度可以滿足使用要求(約3m)，寬度應控制在4.5m以下，并應加強支護強度。

2.2 過與綜采工作面平行的舊空巷技術措施

當通過平行于工作面的舊空巷時，空巷的頂板上可能出現破碎的頂板難以控制，要提前對空巷內的頂板進行加固，支護方法為錨網加木垛用于加強對空巷的支護，木垛的間距可以適當擴大。在通過空巷的時候，要提前斜擺工作面，盡量減小工作面與空巷的空頂面積，在保證安全的情況下，推進速度要快。

3 綜采工作面過薄基巖頂板控制技術

當機械化的工作面由于頂板巖石較薄，在割煤時頂板可能會出現開裂甚至冒落的情況發生，并且在頂板冒落后可能有發生透水和瓦斯積聚的風險，在復雜情況下，甚至可能出現大的破壞性的事故發生[4]。因此，當工作面穿過頂板巖石較薄的區域時，必須使用有效的方法來有針對性地控制頂板-向頂板注凝固材料，把破碎的頂板凝固成一個整體。以大柳塔煤礦為例，22614工作面煤層厚度約5.5 m，埋深約90 m，頂板巖石較薄，為了保證回采過程的頂板安全性，主要采用以下方法：選擇具有較大工作阻力的液壓支架，以確保工作阻力能夠支護工作面。選定的22617和22618工作面支架的工作阻力為11 000 kN并帶有伸縮頂梁。留設厚度約為0.3 m的頂煤，以增加頂板的厚度。在將凝固材料注入頂板之后，松散層完全變成堅硬的巖層，巖石厚度大于8 m。加強對支架的操作處理，將支架及時移至采煤機后面3個支架處，向前拉支架以確保支架能夠及時支護頂板，打開伸縮頂梁護頂，依次進行推進，確保安全。

4 結語

在特殊的地質條件下，對綜合機械化采煤工作面頂板進行有效控制是防止頂板事故的關鍵。本文所涉及的綜合機械化采煤遇到的特殊地質條件通常涵蓋了煤礦開采過程中遇到的各種頂板控制問題，針對這些特殊地質條件的響應措施得到了控制，良好的頂板控制措施有效地防止了煤礦頂板事故的發生，為全國煤炭行業的頂板控制和預防綜采事故提供了重要的指導。