【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 采煤工作面在生產中經常發(fā)生片幫冒頂事故，這不僅使工作面經常處于半停產狀態(tài)，而且造成機械設備的損壞，采煤機開機率下降，導致采煤工作面產量和效益的降低，同時對人身安全造成嚴重威脅。 隨著現(xiàn)代化采煤技術的不斷發(fā)展，綜合機械化采煤不斷地應用于生產中，采煤工作面如何提高勞動生產率、降低生產中各個環(huán)節(jié)的影響、提高采煤機，開機率已成了采煤區(qū)隊的主攻課題。我礦自 2020年成立采煤以來，隨著生產實踐經驗的不斷積累和專業(yè)技術人員素質的不斷提高，采煤機械設備的性能 逐漸得到了進一步的發(fā)揮，使得采煤機開機率有了明顯提高，經濟效益得到了穩(wěn)步提高。但在生產中經常發(fā)生采煤工作面片幫冒頂事故，導致采煤工作面產量和效益的降低，同時對人身安全造成嚴重威脅。 采煤工作面片幫冒頂?shù)奶攸c (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，如遇設備故障或移架操作不當，就會導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)地質破碎帶或煤巖松軟帶，易引起片幫冒頂，其特點是在破碎帶附近長期連續(xù)發(fā)生，直至過完破碎帶為止。 (4)隨著液壓支架的反復卸載，不斷破壞巖層的暫時平衡狀態(tài)，使片幫冒頂范圍反復發(fā)展與擴大。 采煤工作面片幫冒頂原因 (I)礦壓因素。常見的礦壓因素有承壓煤柱或周期來壓導致礦壓顯現(xiàn)異常，造成回采過程中局部應力增高而導致煤壁片幫，引發(fā)片幫冒頂事故 (2)地質因素。地質破碎帶或煤層松軟帶，易引起片幫冒頂，臨近斷層、褶曲軸部等構造的部位，特別是在直接頂由強度較低，分層厚度較小的巖層組成的條件下。采時遇見斷層和褶曲而 引發(fā)了局部片幫冒頂，對生產造成了很大影響， (3)采煤工作面管理及操作不當。如移架不及時或移架中沒有采用帶壓擦頂移架，工程質量低劣或支架端面距超規(guī)定值，懸頂時間超過規(guī)定，工作面推進速度低于一定值，支架初撐力和工作阻力達不到額定值或采高超過支架的最大支撐高度造成頂板大面積來壓，頂板產生臺階下沉及煤壁片幫冒頂事故的發(fā)生。 (4)液壓支架的反復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 — 個原因，現(xiàn)場使用的乳化泵壓為 28Mpa，而 實際應為 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不到正常要求，就不可能使支架在頂板大面積運動前保持高承壓的工作狀態(tài)，這種情況下老頂不能及時切斷，從而將應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?，能夠按設計要求，可靠地保證對頂板的控制。 (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)的竄液問題。 (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，及時有效地支護頂板。①帶壓移架，移架時降柱高度控制在 100 mm以下，擦頂前移 (或用單體幫架前移 )，支架升柱后，操作 手把延時回零，以提高實際初撐力；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，及時支護，一般移架滯后于采煤機滾筒不大于 5架，不少于 3架，否則應停機移架；④對于頂板冒落高度 500 mm的，應及時在頂梁上架設木垛，防止冒頂?shù)睦^續(xù)發(fā)展。 ． 2 改進采煤生產工藝和操作技術加強工程及設備管理 (1)要防止采高超過設計要求。因設計的采高是綜合地質，礦壓等多方面因素而制定的，如果采高超過設計要求，就會有特殊情況發(fā)生，如支架初撐力達不到規(guī)定要求而接頂不嚴密， 造成頂板離層，在動態(tài)應力的影響下造成煤壁片幫，導致端面距增大，頂板懸露時間過長而造成冒頂?shù)痊F(xiàn)象的發(fā)生。 (2)當頂板及煤體破碎時，減少采煤機的一次進刀量，以提高牽引速度，實行淺截快跑。提高采煤機的截割速度，就可以縮短工作面生產的循環(huán)時間，盡量減少了機道頂板暴露的面積和時間。頂板暴露的面積和時間對頂板端面破碎起著制約因素，而工作面機道頂板暴露面積的大小和時間很大程度上取決于滾筒的截深及采煤機的牽引速度。因此，在實踐中要根據(jù)適合采場的地質條件及生產條件選擇合理的截深和速度，減少頂板的暴露面積和時間。這樣，可以充 分利用超前壓力落煤，使機組負荷減小，運行穩(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)加強采煤工作面機電設備的管理。強化檢修質量，加強設備使用過程中的維護和保養(yǎng)，標準操作，保證運輸系統(tǒng)包括膠帶輸送機、轉載機、刮板輸送機的狀態(tài)完好，能夠正常運轉，實現(xiàn)各轉載點的連 續(xù)運輸；保證采煤機檢修，能夠實現(xiàn)順利的割煤，提高采煤機的開機率；加強乳化液泵站及液壓系統(tǒng)的檢修質量，使泵站運行可靠，泵壓穩(wěn)定，達到額定的工作壓力，保證支架的初撐力，使采煤機割煤后液壓支架能及時進行支護，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量，可使生產連續(xù)、穩(wěn)定、均衡的進行。 ． 3 加強煤壁空頂區(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％ 。其次對于片幫嚴重的，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)及工作面設計 因為當煤層節(jié)理與工作面平行時，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，給頂板管理造成困難，容易發(fā)生冒頂事故。采面設計時，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 正常時期的頂板管理 正常回采期間，要合理掌握機組的割煤速度， 采用追機移架的方法對頂板進行及時支護， 運用 及時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)調一致， 采煤機割煤后，要及時移架，正常移架滯后采煤機后滾筒 3～ 5 架， 避免出現(xiàn)頂板長時間大面積暴露。頂板破碎、煤壁片幫嚴重地段及時拉移超前架支護配合伸縮梁和護幫板控制好煤幫。同時要準確地掌握來壓步距， 根據(jù) 我礦與山東科技大學合作研究的《 大采深條帶采圍巖關系研究 》 取得的成果和我礦回采多個 工作面 實踐得出 預 計 工作 面初來壓步距 24~27m，周期來壓步距為 12~13m， 我礦深部開采的三四采區(qū)的礦壓觀測結果，初次來壓 初來壓步距 35m,周期來壓步距為 18m 左右，來壓前要超前控制頂板，提高支架初撐力，除及時維護頂板外還要加快工作面推進速度，盡快把頂板來壓甩到采空區(qū)，把周期來壓對工作面的生產影響降到最小。 、加強采高控制 工作面的采高控制作為工作面形成后保證有效萬噸掘進率，提高工作面回收的最后一道關口，提高工作面單產起著至關重要的作用，主要也是保證正常采煤生產工藝、提高開機率的必然控制環(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 采高的過大會造成工作面支架超高，頂板垮落，支架無初撐力，溜子推不動，采煤機不能有效開機；采高過低會造成采煤機無法通過導致停產，或強行通過造成損壞機器設備，同時也丟失了煤炭資源。根據(jù)目前現(xiàn)場實踐資料，在考慮煤層真?zhèn)蝺A角 0。 ~12。 范圍，采煤機的 最低過機高度不小得于 ,特別關鍵的地方是工作面過斷層和溜頭、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)隊建立采高記錄，并建立采高考核制度，每班由驗收員測量，嚴格考核采煤機司機，并對跟班班長進行連責。采高控制好，采煤機開機暢通無阻，開機率就高，反之采煤機通不過，甚至會造成停產。 合理配比乳化液濃度， 乳化液濃度在 3~5％范圍內，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）， 確保支架初撐力達到規(guī)程要求 。 過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，采煤工作面會經常發(fā)生架前冒頂事故，嚴重影響和制約采煤高產高效優(yōu)勢的發(fā)揮，所以，必須采取某些特殊措施進行解決。 由于采煤機的進刀位置是頂板暴露面積最大的地段，如在頂板破碎處進刀，由于頂板支護不及時，很容易造成頂板垮落，所以采煤機過頂板破碎段時，采煤機進刀時應盡量避開頂板破碎處。 1 及時支護 采煤機割煤后先移支架，后移輸送機，移架后伸出伸縮梁打好護幫裝置及時支護，防止煤壁片幫。 2 超前支護 如果采用正常的移架方法維護不住破碎頂板或煤壁片幫比較嚴重時，可采取超前采煤機進行移架，使支架頂粱頂住 煤壁，不讓頂板暴壁出來而得以提前支護。 3 帶壓擦頂移架 移架時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頂板巖層的活動，減少由于移架而造成的頂板破壞。 4 挑傾向棚 割過煤后，新暴露的頂板在短時間不會冒落，只是在支架卸載前移時才可能冒落，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 移架時在前梁上，沿平行工作面方向放置 1根一 2根 3m4m長的木粱，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 當工作面頂板隨采隨落，冒落 的面積又較大時，用挑傾向棚的方法來不及支護，而且頂板條件也不允許把前梁降下來放傾向梁，在這種情況下，可以在相鄰支架問超前架設一梁二柱或一梁三柱的走向棚，在走向棚下面再架設 1架一 2架臨時傾向抬棚，如圖所示。傾向棚粱應同時托住三架走向棚梁，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，這時可靠近煤壁側打一臨時貼幫柱．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。當煤壁前控頂范圍內的頂板破碎時，為保證支架順利前移，頂網(wǎng)能順利展開，也可在金屬網(wǎng)下架走向梁，由走向梁預先托住頂板，讓支架在走向粱及金屬網(wǎng)的掩護下前移。 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，很容易發(fā)生局部冒頂。局部冒頂不高和范圍不大時，采用上述辦法即可解決．如果冒頂高度和范圍較大時，不及時處理就無法繼續(xù)生產，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處理。打木垛前，先在支架頂粱上打臨時支柱支 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，用探板支護有困難時，則可采用打撞楔的辦法處理，木楔的前端要削尖，長度要一樣。打撞楔前，先在冒頂處架設傾斜棚子，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，使支架前梁托住傾斜棚梁， 即可撤去棚腿。保證有 2架～ 3架支架同時托住，便移架。 過斷層的頂板管理 采煤工作面在開采過程中，常遇到斷層等構造的影響。過斷層帶時，頂板的破碎度增加，由于頂?shù)装宀黄秸自斐芍Ъ芡嵝笔怪Ъ艿膶嶋H支護能力降低，支架上方常會造成不同程度的冒頂，支架上的矸石墊層加厚，使支架的支護阻力顯著下降。又由于頂板提前斷裂，在接近斷層帶時，頂板來壓，甚至出現(xiàn)壓死支架的事故。另外，由于斷層的出現(xiàn)引起采煤機局部削巖量大量增加，一般要用放炮松動煤巖體，增加了工作量，使煤炭質量下降。 斷層成因與采煤過斷層的關系 斷 裂構造都是在一定的地質應力下形成的．不同的地質應力所產生的斷裂構造性質不同，對綜機過斷層采煤產生的影響也不一樣。按照斷裂構造的幾何形態(tài)分，有正斷層和逆斷層 正斷層一般是張應力和剪應力的作用，斷層面傾角陡立，斷層上下兩盤無擠壓現(xiàn)象，產狀變化不大，張裂帶伸展不遠，斷裂面兩側巖層比較穩(wěn)定，如果是單一的正斷層，綜機過斷層采煤容易實現(xiàn)：逆斷層因受壓應力作用，上下兩盤呈擠壓狀態(tài)，煤巖層都有較強烈的褶皺，派生有羽狀節(jié)理或“人”字分枝斷裂構造，擠壓破碎帶伸展較遠，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，斷層兩側次生有一系列倒轉小褶曲，在這種情況下綜機過斷層采煤多數(shù)不易實現(xiàn)或者難度很大。由于受較強地應力的作用，在采煤過程中遇到的斷層，往往是成組出現(xiàn)，形成各種組合形式．在相當一段距離內破壞了煤巖