【正文】 采煤工作面的頂板管理 采煤工作面局部片幫冒頂原因分析及其控制 采煤工作面在生產(chǎn)中經(jīng)常發(fā)生片幫冒頂事故，這不僅使工作面經(jīng)常處于半停產(chǎn)狀態(tài)，而且造成機(jī)械設(shè)備的損壞，采煤機(jī)開(kāi)機(jī)率下降，導(dǎo)致采煤工作面產(chǎn)量和效益的降低，同時(shí)對(duì)人身安全造成嚴(yán)重威脅。 隨著現(xiàn)代化采煤技術(shù)的不斷發(fā)展，綜合機(jī)械化采煤不斷地應(yīng)用于生產(chǎn)中，采煤工作面如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)中各個(gè)環(huán)節(jié)的影響、提高采煤機(jī)，開(kāi)機(jī)率已成了采煤區(qū)隊(duì)的主攻課題。我礦自 2020年成立采煤以來(lái)，隨著生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不斷積累和專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員素質(zhì)的不斷提高，采煤機(jī)械設(shè)備的性能 逐漸得到了進(jìn)一步的發(fā)揮，使得采煤機(jī)開(kāi)機(jī)率有了明顯提高，經(jīng)濟(jì)效益得到了穩(wěn)步提高。但在生產(chǎn)中經(jīng)常發(fā)生采煤工作面片幫冒頂事故，導(dǎo)致采煤工作面產(chǎn)量和效益的降低，同時(shí)對(duì)人身安全造成嚴(yán)重威脅。 采煤工作面片幫冒頂?shù)奶攸c(diǎn) (1)在中等穩(wěn)定或不穩(wěn)定頂板條件下，遇有節(jié)理發(fā)育或松軟煤層，往往是先片幫后冒頂，繼而片幫冒頂交替出現(xiàn)。 (2)遇有局部偽頂或直接頂巖塊破碎垮落，使支架接頂不好，造成局部頂板巖層懸空，如遇設(shè)備故障或移架操作不當(dāng)，就會(huì)導(dǎo)致頂板懸空巖層再次垮落，發(fā)展成為較大規(guī)模的片幫冒頂，即“小冒引起大冒”。 (3)地質(zhì)破碎帶或煤巖松軟帶，易引起片幫冒頂，其特點(diǎn)是在破碎帶附近長(zhǎng)期連續(xù)發(fā)生，直至過(guò)完破碎帶為止。 (4)隨著液壓支架的反復(fù)卸載，不斷破壞巖層的暫時(shí)平衡狀態(tài)，使片幫冒頂范圍反復(fù)發(fā)展與擴(kuò)大。 采煤工作面片幫冒頂原因 (I)礦壓因素。常見(jiàn)的礦壓因素有承壓煤柱或周期來(lái)壓導(dǎo)致礦壓顯現(xiàn)異常，造成回采過(guò)程中局部應(yīng)力增高而導(dǎo)致煤壁片幫，引發(fā)片幫冒頂事故 (2)地質(zhì)因素。地質(zhì)破碎帶或煤層松軟帶，易引起片幫冒頂，臨近斷層、褶曲軸部等構(gòu)造的部位，特別是在直接頂由強(qiáng)度較低，分層厚度較小的巖層組成的條件下。采時(shí)遇見(jiàn)斷層和褶曲而 引發(fā)了局部片幫冒頂，對(duì)生產(chǎn)造成了很大影響， (3)采煤工作面管理及操作不當(dāng)。如移架不及時(shí)或移架中沒(méi)有采用帶壓擦頂移架，工程質(zhì)量低劣或支架端面距超規(guī)定值，懸頂時(shí)間超過(guò)規(guī)定，工作面推進(jìn)速度低于一定值，支架初撐力和工作阻力達(dá)不到額定值或采高超過(guò)支架的最大支撐高度造成頂板大面積來(lái)壓，頂板產(chǎn)生臺(tái)階下沉及煤壁片幫冒頂事故的發(fā)生。 (4)液壓支架的反復(fù)支撐與卸載造成采煤工作面頂板破碎以及支架前梁接頂不好，形成端面壓力增大而造成片幫冒頂。 （ 5）支架的初撐力低也是造成煤壁片幫的 — 個(gè)原因，現(xiàn)場(chǎng)使用的乳化泵壓為 28Mpa，而 實(shí)際應(yīng)為 30Mpa以上，由于初撐力低，所以支架只能在“等壓”，在“等壓”的同時(shí)也就將上覆巖層的力傳到了煤壁上，從而造成了煤壁始終是壓力高峰區(qū)，而出現(xiàn)大塊煤片幫現(xiàn)象，也正是煤壁向外卸壓和表現(xiàn)。正是由于支架的初撐力低，再有大部分支架立柱密封不好竄液，使支架的初撐力及工作阻力均達(dá)不到正常要求，就不可能使支架在頂板大面積運(yùn)動(dòng)前保持高承壓的工作狀態(tài)，這種情況下老頂不能及時(shí)切斷，從而將應(yīng)力傳遞到了煤壁承載，因而煤壁被壓酥；出現(xiàn)片幫，向外卸壓。 防治片幫冒頂?shù)拇胧? ． 1 提高支架的初撐力和工作阻力 從控制理 論講，支架初撐力大，能夠預(yù)先控制頂板，既有利于防止直接頂離層，又有利于支架的穩(wěn)定?？煽s量大、阻力可靠則可以緩沖老頂?shù)膲毫?，能夠按設(shè)計(jì)要求，可靠地保證對(duì)頂板的控制。 (1)首先盡可能提高泵站的供液能力或選擇高壓泵站的供液系統(tǒng)，盡量減少液壓系統(tǒng)的跑、冒、滴、漏現(xiàn)象和工作面液壓系統(tǒng)的竄液?jiǎn)栴}。 (2)正確操作支架，在移架升柱后，不要立即把升柱手把打回零位，以提高初撐力。 (3)充分利用支架的初撐力，及時(shí)有效地支護(hù)頂板。①帶壓移架，移架時(shí)降柱高度控制在 100 mm以下，擦頂前移 (或用單體幫架前移 )，支架升柱后，操作 手把延時(shí)回零，以提高實(shí)際初撐力；②發(fā)揮支架 前梁千斤頂?shù)淖饔?，保持支架頂梁處于近水平狀態(tài)，梁端略高于梁尾，防止向煤壁竄矸；③靈活操作，及時(shí)支護(hù)，一般移架滯后于采煤機(jī)滾筒不大于 5架，不少于 3架，否則應(yīng)停機(jī)移架；④對(duì)于頂板冒落高度 500 mm的，應(yīng)及時(shí)在頂梁上架設(shè)木垛，防止冒頂?shù)睦^續(xù)發(fā)展。 ． 2 改進(jìn)采煤生產(chǎn)工藝和操作技術(shù)加強(qiáng)工程及設(shè)備管理 (1)要防止采高超過(guò)設(shè)計(jì)要求。因設(shè)計(jì)的采高是綜合地質(zhì)，礦壓等多方面因素而制定的，如果采高超過(guò)設(shè)計(jì)要求，就會(huì)有特殊情況發(fā)生，如支架初撐力達(dá)不到規(guī)定要求而接頂不嚴(yán)密， 造成頂板離層，在動(dòng)態(tài)應(yīng)力的影響下造成煤壁片幫，導(dǎo)致端面距增大，頂板懸露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而造成冒頂?shù)痊F(xiàn)象的發(fā)生。 (2)當(dāng)頂板及煤體破碎時(shí)，減少采煤機(jī)的一次進(jìn)刀量，以提高牽引速度，實(shí)行淺截快跑。提高采煤機(jī)的截割速度，就可以縮短工作面生產(chǎn)的循環(huán)時(shí)間，盡量減少了機(jī)道頂板暴露的面積和時(shí)間。頂板暴露的面積和時(shí)間對(duì)頂板端面破碎起著制約因素，而工作面機(jī)道頂板暴露面積的大小和時(shí)間很大程度上取決于滾筒的截深及采煤機(jī)的牽引速度。因此，在實(shí)踐中要根據(jù)適合采場(chǎng)的地質(zhì)條件及生產(chǎn)條件選擇合理的截深和速度，減少頂板的暴露面積和時(shí)間。這樣，可以充 分利用超前壓力落煤，使機(jī)組負(fù)荷減小，運(yùn)行穩(wěn)定，速度快，使頂板壓力顯現(xiàn)較均衡，頂板下沉量小，避免了片幫冒頂事故。 (3)加強(qiáng)采煤工作面機(jī)電設(shè)備的管理。強(qiáng)化檢修質(zhì)量，加強(qiáng)設(shè)備使用過(guò)程中的維護(hù)和保養(yǎng)，標(biāo)準(zhǔn)操作，保證運(yùn)輸系統(tǒng)包括膠帶輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、刮板輸送機(jī)的狀態(tài)完好，能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)各轉(zhuǎn)載點(diǎn)的連 續(xù)運(yùn)輸；保證采煤機(jī)檢修，能夠?qū)崿F(xiàn)順利的割煤，提高采煤機(jī)的開(kāi)機(jī)率；加強(qiáng)乳化液泵站及液壓系統(tǒng)的檢修質(zhì)量，使泵站運(yùn)行可靠，泵壓穩(wěn)定，達(dá)到額定的工作壓力，保證支架的初撐力，使采煤機(jī)割煤后液壓支架能及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，可以避免或減少片 幫冒頂事故，從而可以保證工作面的工程質(zhì)量，可使生產(chǎn)連續(xù)、穩(wěn)定、均衡的進(jìn)行。 ． 3 加強(qiáng)煤壁空頂區(qū)的管理，首先要控制梁端空頂寬度，據(jù)統(tǒng)計(jì)由于梁端空頂造成頂板冒落的事故占采面冒頂事故的 94％ 。其次對(duì)于片幫嚴(yán)重的，可采用使用單體配合木料打住煤幫、錨桿加固煤幫或者向煤壁加注高分子材料的方法加固頂板。 ． 4 優(yōu)化采區(qū)及工作面設(shè)計(jì) 因?yàn)楫?dāng)煤層節(jié)理與工作面平行時(shí)，工作面很容易發(fā)生片幫事故。若頂板巖層節(jié)理與工作面平行或節(jié)理發(fā)育時(shí)，給頂板管理造成困難，容易發(fā)生冒頂事故。采面設(shè)計(jì)時(shí)，使工作面與煤層節(jié)理垂直或斜交，可以減少片幫冒頂次數(shù)。 2 采煤工作面的頂板管理 正常時(shí)期的頂板管理 正?；夭善陂g，要合理掌握機(jī)組的割煤速度， 采用追機(jī)移架的方法對(duì)頂板進(jìn)行及時(shí)支護(hù)， 運(yùn)用 及時(shí)移架少降快移一次到位的方式移架 ，使移架推溜速度保持協(xié)調(diào)一致， 采煤機(jī)割煤后，要及時(shí)移架，正常移架滯后采煤機(jī)后滾筒 3～ 5 架， 避免出現(xiàn)頂板長(zhǎng)時(shí)間大面積暴露。頂板破碎、煤壁片幫嚴(yán)重地段及時(shí)拉移超前架支護(hù)配合伸縮梁和護(hù)幫板控制好煤幫。同時(shí)要準(zhǔn)確地掌握來(lái)壓步距， 根據(jù) 我礦與山東科技大學(xué)合作研究的《 大采深條帶采圍巖關(guān)系研究 》 取得的成果和我礦回采多個(gè) 工作面 實(shí)踐得出 預(yù) 計(jì) 工作 面初來(lái)壓步距 24~27m，周期來(lái)壓步距為 12~13m， 我礦深部開(kāi)采的三四采區(qū)的礦壓觀測(cè)結(jié)果，初次來(lái)壓 初來(lái)壓步距 35m,周期來(lái)壓步距為 18m 左右，來(lái)壓前要超前控制頂板，提高支架初撐力，除及時(shí)維護(hù)頂板外還要加快工作面推進(jìn)速度，盡快把頂板來(lái)壓甩到采空區(qū)，把周期來(lái)壓對(duì)工作面的生產(chǎn)影響降到最小。 、加強(qiáng)采高控制 工作面的采高控制作為工作面形成后保證有效萬(wàn)噸掘進(jìn)率，提高工作面回收的最后一道關(guān)口，提高工作面單產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用，主要也是保證正常采煤生產(chǎn)工藝、提高開(kāi)機(jī)率的必然控制環(huán)節(jié)。我礦目前使用的 ZZ6200／ 17／ 38 型 液壓 支架 ，其最大支撐高度為 ,最小支撐高度為 , ZF7200／ 18／ 33 型 液壓 支架 ，其最大支撐高度為 ,最小支撐高度為 , Z8600／ 19／ 36 型 液壓 支架 ，其最大支撐高度為 ,最小支撐高度為 ,小支撐高度為 采高的過(guò)大會(huì)造成工作面支架超高，頂板垮落，支架無(wú)初撐力，溜子推不動(dòng)，采煤機(jī)不能有效開(kāi)機(jī)；采高過(guò)低會(huì)造成采煤機(jī)無(wú)法通過(guò)導(dǎo)致停產(chǎn)，或強(qiáng)行通過(guò)造成損壞機(jī)器設(shè)備，同時(shí)也丟失了煤炭資源。根據(jù)目前現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐資料，在考慮煤層真?zhèn)蝺A角 0。 ~12。 范圍，采煤機(jī)的 最低過(guò)機(jī)高度不小得于 ,特別關(guān)鍵的地方是工作面過(guò)斷層和溜頭、溜尾的高度控制，保證順坡小于 12。 ，溜頭、溜尾不出現(xiàn)死架。區(qū)隊(duì)建立采高記錄，并建立采高考核制度，每班由驗(yàn)收員測(cè)量，嚴(yán)格考核采煤機(jī)司機(jī)，并對(duì)跟班班長(zhǎng)進(jìn)行連責(zé)。采高控制好，采煤機(jī)開(kāi)機(jī)暢通無(wú)阻，開(kāi)機(jī)率就高，反之采煤機(jī)通不過(guò)，甚至?xí)斐赏．a(chǎn)。 合理配比乳化液濃度， 乳化液濃度在 3~5％范圍內(nèi)，泵站系統(tǒng)壓力不得低于 30MPa，支架液壓系統(tǒng)要有足夠的壓力（不低于25MPa）， 確保支架初撐力達(dá)到規(guī)程要求 。 過(guò)頂板破碎帶的頂板管理 破碎頂板主要指不穩(wěn)定的 頂板，如果管理不當(dāng)，采煤工作面會(huì)經(jīng)常發(fā)生架前冒頂事故，嚴(yán)重影響和制約采煤高產(chǎn)高效優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮，所以，必須采取某些特殊措施進(jìn)行解決。 由于采煤機(jī)的進(jìn)刀位置是頂板暴露面積最大的地段，如在頂板破碎處進(jìn)刀，由于頂板支護(hù)不及時(shí)，很容易造成頂板垮落，所以采煤機(jī)過(guò)頂板破碎段時(shí)，采煤機(jī)進(jìn)刀時(shí)應(yīng)盡量避開(kāi)頂板破碎處。 1 及時(shí)支護(hù) 采煤機(jī)割煤后先移支架，后移輸送機(jī)，移架后伸出伸縮梁打好護(hù)幫裝置及時(shí)支護(hù)，防止煤壁片幫。 2 超前支護(hù) 如果采用正常的移架方法維護(hù)不住破碎頂板或煤壁片幫比較嚴(yán)重時(shí)，可采取超前采煤機(jī)進(jìn)行移架，使支架頂粱頂住 煤壁，不讓頂板暴壁出來(lái)而得以提前支護(hù)。 3 帶壓擦頂移架 移架時(shí)讓支柱仍保持一定的工作阻力，使頂梁貼著頂板擦頂前移，一定程度上可以減輕移架時(shí)頂板巖層的活動(dòng)，減少由于移架而造成的頂板破壞。 4 挑傾向棚 割過(guò)煤后，新暴露的頂板在短時(shí)間不會(huì)冒落，只是在支架卸載前移時(shí)才可能冒落，這樣就可以采 用挑傾向棚的辦法，先移頂板較完整處的支架 移架時(shí)在前梁上，沿平行工作面方向放置 1根一 2根 3m4m長(zhǎng)的木粱，以便挑住附近不完整的頂板，然后再移附近頂板破碎處的支架，如圖所示。 5 架走向傾向棚 當(dāng)工作面頂板隨采隨落，冒落 的面積又較大時(shí)，用挑傾向棚的方法來(lái)不及支護(hù)，而且頂板條件也不允許把前梁降下來(lái)放傾向梁，在這種情況下，可以在相鄰支架問(wèn)超前架設(shè)一梁二柱或一梁三柱的走向棚，在走向棚下面再架設(shè) 1架一 2架臨時(shí)傾向抬棚，如圖所示。傾向棚粱應(yīng)同時(shí)托住三架走向棚梁，這樣就可將走向棚及傾向抬棚的支柱撤出，相鄰支架在傾向棚和走向棚的保護(hù)下前移。 6 架走向粱 在煤壁靠頂板處掘一梁窩，將走向梁的一端架在煤壁上，另一頭架在支架的頂梁上。如果煤壁容易片幫，則煤壁上不適宜或不能掘粱窩，這時(shí)可靠近煤壁側(cè)打一臨時(shí)貼幫柱．如圖所示。 7 鋪金屬網(wǎng) 在支架頂粱上鋪金屬網(wǎng)，這是管理破碎頂板的有效辦法。當(dāng)煤壁前控頂范圍內(nèi)的頂板破碎時(shí)，為保證支架順利前移，頂網(wǎng)能順利展開(kāi)，也可在金屬網(wǎng)下架走向梁，由走向梁預(yù)先托住頂板，讓支架在走向粱及金屬網(wǎng)的掩護(hù)下前移。 A 8 局部冒頂?shù)奶幚? 在破碎頂板條件下，如果頂板管理不及時(shí)，很容易發(fā)生局部冒頂。局部冒頂不高和范圍不大時(shí)，采用上述辦法即可解決．如果冒頂高度和范圍較大時(shí)，不及時(shí)處理就無(wú)法繼續(xù)生產(chǎn)，必須立即處理。如果在支架頂粱上方冒頂，待停止后，在支架前方打探板后再往頂粱上打木垛來(lái)處理。打木垛前，先在支架頂粱上打臨時(shí)支柱支 撐頂板， 保證打木垛人員的安全，清除浮矸、浮煤后就可打木垛，木垛要緊貼頂板，使頂板得到支撐。 支架上打木垛 擅楔處理冒磺 如果直接頂沿煤幫冒落，而且冒落區(qū)矸石沿煤幫繼續(xù)下流，用探板支護(hù)有困難時(shí)，則可采用打撞楔的辦法處理，木楔的前端要削尖，長(zhǎng)度要一樣。打撞楔前，先在冒頂處架設(shè)傾斜棚子，把木楔放在棚梁上，其尖端指向頂板冒落處的煤幫，末端墊一方木塊，用大錘打入冒頂處，用巖石托住，使其不再繼續(xù)冒落。移液壓支架時(shí)，使支架前梁托住傾斜棚梁， 即可撤去棚腿。保證有 2架～ 3架支架同時(shí)托住，便移架。 過(guò)斷層的頂板管理 采煤工作面在開(kāi)采過(guò)程中，常遇到斷層等構(gòu)造的影響。過(guò)斷層帶時(shí)，頂板的破碎度增加，由于頂?shù)装宀黄秸?，易造成支架歪斜使支架的?shí)際支護(hù)能力降低，支架上方常會(huì)造成不同程度的冒頂，支架上的矸石墊層加厚，使支架的支護(hù)阻力顯著下降。又由于頂板提前斷裂，在接近斷層帶時(shí)，頂板來(lái)壓，甚至出現(xiàn)壓死支架的事故。另外，由于斷層的出現(xiàn)引起采煤機(jī)局部削巖量大量增加，一般要用放炮松動(dòng)煤巖體，增加了工作量，使煤炭質(zhì)量下降。 斷層成因與采煤過(guò)斷層的關(guān)系 斷 裂構(gòu)造都是在一定的地質(zhì)應(yīng)力下形成的．不同的地質(zhì)應(yīng)力所產(chǎn)生的斷裂構(gòu)造性質(zhì)不同，對(duì)綜機(jī)過(guò)斷層采煤產(chǎn)生的影響也不一樣。按照斷裂構(gòu)造的幾何形態(tài)分，有正斷層和逆斷層 正斷層一般是張應(yīng)力和剪應(yīng)力的作用，斷層面傾角陡立，斷層上下兩盤(pán)無(wú)擠壓現(xiàn)象，產(chǎn)狀變化不大，張裂帶伸展不遠(yuǎn)，斷裂面兩側(cè)巖層比較穩(wěn)定，如果是單一的正斷層，綜機(jī)過(guò)斷層采煤容易實(shí)現(xiàn)：逆斷層因受壓應(yīng)力作用，上下兩盤(pán)呈擠壓狀態(tài)，煤巖層都有較強(qiáng)烈的褶皺，派生有羽狀節(jié)理或“人”字分枝斷裂構(gòu)造，擠壓破碎帶伸展較遠(yuǎn)，特別是逆斷層中的逆掩斷 層，斷層面傾角多在 45。 以下，擠壓破 碎帶較寬，斷層兩側(cè)次生有一系列倒轉(zhuǎn)小褶曲，在這種情況下綜機(jī)過(guò)斷層采煤多數(shù)不易實(shí)現(xiàn)或者難度很大。由于受較強(qiáng)地應(yīng)力的作用，在采煤過(guò)程中遇到的斷層，往往是成組出現(xiàn)，形成各種組合形式．在相當(dāng)一段距離內(nèi)破壞了煤巖