“三软”煤层综采防片帮冒顶有效控制探索

侯明玉

摘 要：文章主要围绕重庆松藻矿区三软中厚倾斜煤层的主要特点进行了分析，在此基础上提出了三软中厚倾斜煤层综合机械采煤破碎顶板控制原则，最后对三软倾斜煤层采场顶板控制主要技术措施进行研究。通过这些有效措施的应用，对减少顶板事故，实现安全回采，增加矿井产量，提高矿井的经济效益。

关键词：三软煤层；片帮冒顶；控制探索

引言

长期以来，我国对难采煤层的综合机械采煤顶板控制技术的研究已经取得许多的成果，但大多数采场顶板控制设计还是依靠经验来进行，这存在着一定的盲目性，很难做到安全控制顶板，且支护效率低。通过对“三软”煤层综合机械采煤顶板控制的探索，掌握顶板事故发生的规律，及时采取针对性的控制措施，防止工作面顶板事故，这无疑对“三软”煤层机械开采具有现实指导意义。

1 煤层概况

1.1 “三软”煤层的总体特点

目前，难采煤层基本上有两种类型：一是在当前开采技术条件下，实现正常安全生产有一定难度的煤层，需要一些特殊的、附加的技术安全措施方能顺利开采。二是由于地质构造条件复杂，赋存条件差，难以实现机械化开采的煤层。而“三软”煤层属于第二类难采煤层，这类煤层地质构造比较复杂，赋存条件差。

“三软”煤层的直接顶通常由碳质泥岩、泥岩等强度较低的岩层组成，厚度不是很大，顶板岩体强度指数D≤3MPa，允许暴露面积和时间分别在20m2和0.5h以下。在煤层采出后，直接顶岩层一般直接垮落，而直接顶之上的老顶，由于厚度较大，并且由强度较高的砂岩、石灰岩等组成，一般并不随直接顶的垮落而及时垮落，而有可能发生规则的垮落，岩块互相铰接，或者只弯曲下沉，由于顶板赋存状态和垮落特点的特殊性，随着工作面向前推进，暴露出来的顶板极易冒落，在大的构造应力作用下发生流变，因此控制好采场的顶板十分必要。

1.2 探索工作面概况

松藻矿区同华煤矿井田煤岩层为上二叠系龙潭组，位于龙骨溪背斜本翼，属单斜构造。井田含煤11层，其中可采煤层2层，即K1煤层和K3b煤层，其余煤层均为局部可采或不可采。K1煤层已开采至-60m阶段，K3b煤层已开采至+50m阶段，煤层平均厚度2.5m，平均倾角27°。

同华煤矿2316条带回采工作面位于二水平+100m～+50m阶段，在称“大连子”，回风巷埋深325.53 ～399.9m，运输巷埋深366.84～412.02m，颜色灰黑色，煤岩类型以光亮型为主，半亮型、半暗型次之，具有金属光泽，贝壳状断口，采出后多为块状、粒状、粉状，硬度f=1～2。煤层厚度2.0～3.2m，平均2.52m，煤层走向220～ 230°，倾向310～320°，倾角23～28°，平均26°。该工作面于2011年在2316-3区段实施综合机械化，由南向北回采，属被保护层，与下部保护层工作面层间距为32m，受下部保护层回采影响，工作面有瓦斯卸压涌出和矿压显现。同时该面在2013年10月采至2616-1区段时与下阶段（±0m～-60m阶段）的3111条带薄煤层工作面重合相向回采。

该工作面老顶为灰黑色薄层状粉砂岩，以石英为主，含星散状黄铁矿，平均厚度0.7m；直接顶为黑色致密状泥岩，含黄铁矿结核及晶粒，易破碎，极易垮落，为“I”级顶板，平均厚度2.8m。直接底为灰黑色粘土泥岩，含黄铁矿晶粒，有黑色脆片，遇水易膨胀，巷道形成后受压会发生底鼓，平均厚度1.6m。老底为灰黑色粘土泥岩，含黄铁矿晶粒，有黑色脆片，遇水易膨胀，巷道形成后受压会发生底鼓，平均厚度2.1m。

2 “三软”煤层机械开采影响因素

2.1 地质因素

一是煤层自身赋存条件，且煤层自身硬度小，节理发育，稳定性差；二是地质构造变化影响，煤层厚度增加，构造区的顶板岩性变化大，呈分层状，软而破碎，易引起片帮冒项，临近断层、褶曲轴部等构造的部位，特别是直接顶由强度较低，分层厚度较小的岩层组成；上述两种情况下易造成煤壁大面积片帮，顶板暴露，特别是采煤机的运行范围内暴露顶板无法得到及时支护。如2316-1区段工作面回采时遇见构造影响，长时在煤层增厚段回采而引发了局部片帮冒顶，对生产造成了很大影响，并且因片帮冒顶停产3天处理垮落区。

2.2 采掘部署不合理，矿压因素影响

常见的矿压因素有承压煤柱或周期来压导致矿压显现异常，引发片帮冒顶事故；由于采掘部署不合理，2316-1采面和3111采面在该区域上下阶段不得不面对两个工作面相向回采的尴尬局面，虽然是跨阶段回采，且煤层层间距足够，达32m；但保护层开采承压煤柱影响造成回采过程中局部应力增高，下阶段工作面回采的初次来压影响上阶段和上部中厚煤层矿压显现，造成工作面两巷和采场范围内矿压较大，液压支架和单体柱均不同程度出现卸载和钻底现象；

2.3 支护设备选型不合理

2316-1工作面选用的ZYQS1700-14/31型液压支架为矿区机修厂自行加工，支架顶梁长度3230～4000mm；最大有效支撑高度2800mm；支架初撑力：1129～1238KN，工作阻力：1567～1932KN；支架虽设计了前探伸缩梁和煤壁护帮板，但伸缩梁的有效长度为0.6m，镶嵌在顶梁箱体内，不能有效接顶，护帮板固定在伸缩梁前端，导致暴露的顶板得不到及时支护，护帮效果也很差。该支架已经多次修复使用，设备老化，且有少部分配件工作效果不佳。

2.4 综采工作面顶板管理重视不够及操作不当

移架不及时或移架中没有采用带压擦顶移架或辅助带压移架，工程质量低劣或支架端面距超规定值，悬顶时间超过规定，工作面推进速度慢，支架初撑力和工作阻力达不到额定值或采高超过支架的最大支撑高度造成顶板大面积来压，顶扳产生台阶下沉及煤壁片帮冒顶事故的发生。

2.5 工作面推进速度缓慢

受矿井运输条件限制和综采设备使用处于磨合期，员工操作不熟练和员工总量等原因而出现各类设备故障频繁，导致工作面推采进度缓慢，现采面执行“一采一准”，平均月推进度不足30m，不能及时把基本顶板初次与周期来压的矿压显现甩在工作面老塘，工作面煤壁长期处于承压状态，从而诱导了片帮冒顶事故的发生。endprint

为了减小刮板运输机和割煤机在生产过程中的下滑力，以及减小采空区垮落的矸石对液压支架产生的向下推力，工作面往往采取仰斜开采的形式，即工作面下出口超前上出口5～10m，由于仰斜开采工作面煤壁产生自重垂直向下的作用力增大，从而较容易发生片帮冒顶事故。片帮滚落下来的煤矸极易伤人，人员不能及时进入工作面采取有效控制煤壁片帮的措施，导致煤壁不断片帮，工作面顶板悬露面积不断扩大，给顶板管理增加处理难度。

3 顶板控制主要技术措施

3.1 优化采掘部署，合理布置回采工作面

合理的采掘部署，是煤矿安全高效生产的关键；加大各阶段回采工作面布置控制范围，有效降低采动矿压影响，确保采煤工作面在卸压稳定安全期布置；根据同华煤矿倾斜煤层下保护层采煤工作面回采情况资料收集，下保护层采煤工作面采动卸压稳定期一般在3～5个月，矿压稳定范围走向长为150m，各阶段标高范围为50m。因此加快阶段开拓巷道施工组织，加快保护层布置和开采，拉大相邻采面影响范围，实施跨阶段布置工作面，保证两个相邻回采工作面超前一个阶段条带布置；取消相邻工作面相向回采布置方式，跨阶段相邻工作面推进超前距大于300m，缓减上部被保护层矿山压力，防止矿山超前压力造成“三软”煤层片帮，顶板暴露垮塌有积极作用。

3.2 提高支架的和撑力和工作阻力

从控制理论讲，支架初撑力大，能够预先控制顶板，既有利于防止直接顶离层，又有利于支架的稳定。可缩量大、阻力可靠则可以缓冲老顶的压力，能够按设计要求，可靠地保证对顶板的控制。

首先尽可能提高泵站的供液能力或选择高压泵站的供液系统，尽量减少液压系统的跑、冒、滴、漏现象和工作面液压系统的窜液问题。生产中把乳化液泵站换为XRB2B-350/80乳化液泵站，从而大大减少了片帮冒顶事故的发生。

正确操作支架，在移架升柱后，不要立即把升柱手把打回零位，以提高初撑力。充分利用支架的初撑力，及时有效地支护顶板。带压移架，移架时降柱高度控制在100 mm以下，擦顶前移（或用单体帮架前移），支架升柱后，操作手把延时回零，以提高实际初撑力；发挥支架回转千斤顶的作用，保持支架顶梁处于近水平状态，梁端略高于梁尾，防止向煤壁窜矸；灵活操作，及时支护，一般移架滞后于采煤机滚筒不大于5架，不少于3架，否则应停机移架；对于顶板冒落高度>500 mm的，应及时在顶梁上架设木料绞顶，防止冒顶的继续发展。

3.3 减少机道无支护空顶时间，预防机道上方顶板长时暴露垮落

采煤机过后到移架需要10-15m的滞后距离（因先推溜后移架），采煤机滚筒切深为600mm，在此范围内，支架顶梁梁端到煤壁的宽度为600mm，如果空顶斜长在30m，就是近20平方米的空顶面积，采煤机割煤后得不到及时支护，煤壁和机道空顶范围内的顶板就会大面积暴露，造成架前冒顶现象。针对这个问题，我们根据邻近矿井改进型支架特点，提出将工作面支架顶梁前端护壁板和伸缩梁联合利用，确保当采煤机前滚筒过后，立即把伸缩梁伸出及时支护顶板，防止了机道空顶范围内的顶板大量垮落，彻底杜绝了架前冒顶。正常称架时作为护壁板直接伸到煤壁，顶住煤壁上部煤体，给煤壁一个推力，防止煤壁上部煤体的脱落，起到了防止煤壁片帮的作用。伸缩护壁板不但起到及时支护的作用，而且在防止煤壁片帮也发挥了很好的作用。煤壁片帮的范围得到了有效控制。减少了大量的人工支护工作量，而且节约了大量的坑木，并且减少了人员的人身伤亡。

3.4 辅助带压移架，减少顶板的反复支撑破坏频率

因“三软”煤层支架陷底的原因，移架时不能一次前移600mm的距离，每次只能移300-400mm，移架时需要反复降架-移架-升架的操作，造成顶板反复支撑，使支架上方顶板位移速度加剧。正常下部移一架需要3-5分钟的时间，由于部分地段顶板岩石松散易冒落，每班推溜拉架占总有效时间的1/2左右，是制约工作面正常推进的主要原因。为此我们采取了辅助带压移架措施，采用2.5m长单体支柱支撑在液压支架顶梁下方并用小绳径钢绳固定单位支柱，把拉架手柄放到拉架位置，再将陷底支架底座提离工作面底板岩层100-150mm的高度，当支架开始前移时停止降柱，一次性将支架拉到位，虽然拉架过程辅助工作时间耽误较长，但整个移架过程支架顶梁始终保持支撑位置，起到了带压移架的目的，顶板破坏程度大幅降低，达到了预想效果。

3.5 垂直工作面煤壁超前架梁护顶

当工作面发生大面积片帮冒顶且己出现空顶时，必须停止工作面采煤机和输送机，等冒顶区顶板稳定后，根据片帮的宽度，选用直径200 mm以上的木料和长度为2.4m的9#工字钢梁，沿走向将其一端搭在支架顶粱上，搭接长度应不小于300 mm，另一端用2.5m单体液压支柱支撑，每个支架上搭两根，支护钢梁间距0.7～0.8 m，并严格按“一架二梁，一梁二柱”组织实施，用木料接实顶板。

处理片帮工作必须是严格采用从上往下逐架进行，及时打好工作面煤壁的贴帮支柱，并采用木料和竹笆片背护煤壁，在处理过程要有专人负责观察顶板，严防“二次片帮”，严格措施规定要求，保证施工工程质量，确保人员撤退安全。

3.6 改进综采生产工艺和操作技术，加强工程及设备管理

要防止采高超过设计要求。因设计的采高是综合地质，矿压等多方面因素而制定的，如果采高超过设计要求，就会有特殊情况发生，如支架初撑力选不到规定要求而接顶不严密，造成顶板离层，在动态应力的影响下造成煤壁片帮，导致端面距增大，顶板悬露时间过长而造成冒顶等现象的发生。

当顶板及煤体破碎时，减少采煤机的一次进刀量，以提高牵引速度，实行浅截快跑。提高采煤机的截割速度，就可以缩短工作面生产的循环时间，尽量减少了机道顶板裸露的面积和时间。顶板裸露的面积和时间对顶板端面破碎起着制约因素，而工作面机道顶板裸露面积的大小和时间很大程度上取决于滚筒的截深及采煤机的牵引速度。因此，在实践中要根据适合采场的地质条件及生产条件选择合理的截深和速度，减少顶板的裸露面积和时间。这样，可以充分利用超前压力落煤，使机组负荷减小，运行稳定，速度快，使顶板压力显现较均衡，顶板下沉量小，避免了片帮冒顶事故。

加强综采工作面机电设备的管理。强化检修质量，加强设备使用过程中的维护和保养，标准操作，保证运输系统包括胶带输送机、转载机、刮板输送机的状态完好，能够正常运转，实现各转载点的连续运输；保证采煤机检修，能够实现顺利的割煤，提高采煤机的开机率；加强乳化液泵站及液压系统的检修质量，使泵站运行可靠，泵压稳定，达到额定的工作压力，保证支架的初撑力，使采煤机割煤后液压支架能及时进行支护，可以避免或减少片帮冒顶事故，从而可以保证工作面的工程质量，可使生产连续、稳定、均衡的进行。

4 结束语

通过松藻矿区同华煤矿2316-1采面近期顶板管理和防煤壁片帮，有以下几个方面值得总结和思考。

4.1 合理的采掘部署是矿井安全生产、可持续发展的根本。

4.2 相向回采工作面在走向布置和阶段标高控制的合理范围必须结合采动影响后矿压显现规律进一步优化论证。

4.3 支架的最大支撑高度要与煤层结构和煤层变化情况相适应，充分考虑地质构造带来煤层增厚支护高度不够的弱点。

4.4 支架活动伸缩梁和护壁板设计联合配套对“三软”厚煤层防片帮大面积裸露顶板能进行有效控制。

4.5 当煤壁片帮宽度超过0.8m或顶板冒高超过0.5时，要立即停止作业，并有超前人工处理顶板和控制片帮的预见性，并及时针对性处理，切不可拖延或推迟处理。

4.6 高度重视设备维护检修和质量标准化建设，从各方面强化操作质量和工程质量管理，从而达到安全生产。

参考文献

[1]孟宪锐等.难采煤层的分类标准与定量化研究[J].煤炭学报，2000（08）：11-13.

[2]王海东，张永吉.软岩巷道的支护机理及应用[J].辽宁工程技术大学学报，2005（4）25-28.

[3]郭中华，等.三软煤层巷道联合支护技术[J].中州煤炭，2011（05）：41-42.

[4]蒋志刚.厚顶煤大跨度开切眼锚杆锚索支护技术[J].煤矿安全，2012（12）：36-37.endprint

为了减小刮板运输机和割煤机在生产过程中的下滑力，以及减小采空区垮落的矸石对液压支架产生的向下推力，工作面往往采取仰斜开采的形式，即工作面下出口超前上出口5～10m，由于仰斜开采工作面煤壁产生自重垂直向下的作用力增大，从而较容易发生片帮冒顶事故。片帮滚落下来的煤矸极易伤人，人员不能及时进入工作面采取有效控制煤壁片帮的措施，导致煤壁不断片帮，工作面顶板悬露面积不断扩大，给顶板管理增加处理难度。

3 顶板控制主要技术措施

3.1 优化采掘部署，合理布置回采工作面

合理的采掘部署，是煤矿安全高效生产的关键；加大各阶段回采工作面布置控制范围，有效降低采动矿压影响，确保采煤工作面在卸压稳定安全期布置；根据同华煤矿倾斜煤层下保护层采煤工作面回采情况资料收集，下保护层采煤工作面采动卸压稳定期一般在3～5个月，矿压稳定范围走向长为150m，各阶段标高范围为50m。因此加快阶段开拓巷道施工组织，加快保护层布置和开采，拉大相邻采面影响范围，实施跨阶段布置工作面，保证两个相邻回采工作面超前一个阶段条带布置；取消相邻工作面相向回采布置方式，跨阶段相邻工作面推进超前距大于300m，缓减上部被保护层矿山压力，防止矿山超前压力造成“三软”煤层片帮，顶板暴露垮塌有积极作用。

3.2 提高支架的和撑力和工作阻力

从控制理论讲，支架初撑力大，能够预先控制顶板，既有利于防止直接顶离层，又有利于支架的稳定。可缩量大、阻力可靠则可以缓冲老顶的压力，能够按设计要求，可靠地保证对顶板的控制。

首先尽可能提高泵站的供液能力或选择高压泵站的供液系统，尽量减少液压系统的跑、冒、滴、漏现象和工作面液压系统的窜液问题。生产中把乳化液泵站换为XRB2B-350/80乳化液泵站，从而大大减少了片帮冒顶事故的发生。

正确操作支架，在移架升柱后，不要立即把升柱手把打回零位，以提高初撑力。充分利用支架的初撑力，及时有效地支护顶板。带压移架，移架时降柱高度控制在100 mm以下，擦顶前移（或用单体帮架前移），支架升柱后，操作手把延时回零，以提高实际初撑力；发挥支架回转千斤顶的作用，保持支架顶梁处于近水平状态，梁端略高于梁尾，防止向煤壁窜矸；灵活操作，及时支护，一般移架滞后于采煤机滚筒不大于5架，不少于3架，否则应停机移架；对于顶板冒落高度>500 mm的，应及时在顶梁上架设木料绞顶，防止冒顶的继续发展。

3.3 减少机道无支护空顶时间，预防机道上方顶板长时暴露垮落

采煤机过后到移架需要10-15m的滞后距离（因先推溜后移架），采煤机滚筒切深为600mm，在此范围内，支架顶梁梁端到煤壁的宽度为600mm，如果空顶斜长在30m，就是近20平方米的空顶面积，采煤机割煤后得不到及时支护，煤壁和机道空顶范围内的顶板就会大面积暴露，造成架前冒顶现象。针对这个问题，我们根据邻近矿井改进型支架特点，提出将工作面支架顶梁前端护壁板和伸缩梁联合利用，确保当采煤机前滚筒过后，立即把伸缩梁伸出及时支护顶板，防止了机道空顶范围内的顶板大量垮落，彻底杜绝了架前冒顶。正常称架时作为护壁板直接伸到煤壁，顶住煤壁上部煤体，给煤壁一个推力，防止煤壁上部煤体的脱落，起到了防止煤壁片帮的作用。伸缩护壁板不但起到及时支护的作用，而且在防止煤壁片帮也发挥了很好的作用。煤壁片帮的范围得到了有效控制。减少了大量的人工支护工作量，而且节约了大量的坑木，并且减少了人员的人身伤亡。

3.4 辅助带压移架，减少顶板的反复支撑破坏频率

因“三软”煤层支架陷底的原因，移架时不能一次前移600mm的距离，每次只能移300-400mm，移架时需要反复降架-移架-升架的操作，造成顶板反复支撑，使支架上方顶板位移速度加剧。正常下部移一架需要3-5分钟的时间，由于部分地段顶板岩石松散易冒落，每班推溜拉架占总有效时间的1/2左右，是制约工作面正常推进的主要原因。为此我们采取了辅助带压移架措施，采用2.5m长单体支柱支撑在液压支架顶梁下方并用小绳径钢绳固定单位支柱，把拉架手柄放到拉架位置，再将陷底支架底座提离工作面底板岩层100-150mm的高度，当支架开始前移时停止降柱，一次性将支架拉到位，虽然拉架过程辅助工作时间耽误较长，但整个移架过程支架顶梁始终保持支撑位置，起到了带压移架的目的，顶板破坏程度大幅降低，达到了预想效果。

3.5 垂直工作面煤壁超前架梁护顶

当工作面发生大面积片帮冒顶且己出现空顶时，必须停止工作面采煤机和输送机，等冒顶区顶板稳定后，根据片帮的宽度，选用直径200 mm以上的木料和长度为2.4m的9#工字钢梁，沿走向将其一端搭在支架顶粱上，搭接长度应不小于300 mm，另一端用2.5m单体液压支柱支撑，每个支架上搭两根，支护钢梁间距0.7～0.8 m，并严格按“一架二梁，一梁二柱”组织实施，用木料接实顶板。

处理片帮工作必须是严格采用从上往下逐架进行，及时打好工作面煤壁的贴帮支柱，并采用木料和竹笆片背护煤壁，在处理过程要有专人负责观察顶板，严防“二次片帮”，严格措施规定要求，保证施工工程质量，确保人员撤退安全。

3.6 改进综采生产工艺和操作技术，加强工程及设备管理

要防止采高超过设计要求。因设计的采高是综合地质，矿压等多方面因素而制定的，如果采高超过设计要求，就会有特殊情况发生，如支架初撑力选不到规定要求而接顶不严密，造成顶板离层，在动态应力的影响下造成煤壁片帮，导致端面距增大，顶板悬露时间过长而造成冒顶等现象的发生。

当顶板及煤体破碎时，减少采煤机的一次进刀量，以提高牵引速度，实行浅截快跑。提高采煤机的截割速度，就可以缩短工作面生产的循环时间，尽量减少了机道顶板裸露的面积和时间。顶板裸露的面积和时间对顶板端面破碎起着制约因素，而工作面机道顶板裸露面积的大小和时间很大程度上取决于滚筒的截深及采煤机的牵引速度。因此，在实践中要根据适合采场的地质条件及生产条件选择合理的截深和速度，减少顶板的裸露面积和时间。这样，可以充分利用超前压力落煤，使机组负荷减小，运行稳定，速度快，使顶板压力显现较均衡，顶板下沉量小，避免了片帮冒顶事故。

加强综采工作面机电设备的管理。强化检修质量，加强设备使用过程中的维护和保养，标准操作，保证运输系统包括胶带输送机、转载机、刮板输送机的状态完好，能够正常运转，实现各转载点的连续运输；保证采煤机检修，能够实现顺利的割煤，提高采煤机的开机率；加强乳化液泵站及液压系统的检修质量，使泵站运行可靠，泵压稳定，达到额定的工作压力，保证支架的初撑力，使采煤机割煤后液压支架能及时进行支护，可以避免或减少片帮冒顶事故，从而可以保证工作面的工程质量，可使生产连续、稳定、均衡的进行。

4 结束语

通过松藻矿区同华煤矿2316-1采面近期顶板管理和防煤壁片帮，有以下几个方面值得总结和思考。

4.1 合理的采掘部署是矿井安全生产、可持续发展的根本。

4.2 相向回采工作面在走向布置和阶段标高控制的合理范围必须结合采动影响后矿压显现规律进一步优化论证。

4.3 支架的最大支撑高度要与煤层结构和煤层变化情况相适应，充分考虑地质构造带来煤层增厚支护高度不够的弱点。

4.4 支架活动伸缩梁和护壁板设计联合配套对“三软”厚煤层防片帮大面积裸露顶板能进行有效控制。

4.5 当煤壁片帮宽度超过0.8m或顶板冒高超过0.5时，要立即停止作业，并有超前人工处理顶板和控制片帮的预见性，并及时针对性处理，切不可拖延或推迟处理。

4.6 高度重视设备维护检修和质量标准化建设，从各方面强化操作质量和工程质量管理，从而达到安全生产。

参考文献

[1]孟宪锐等.难采煤层的分类标准与定量化研究[J].煤炭学报，2000（08）：11-13.

[2]王海东，张永吉.软岩巷道的支护机理及应用[J].辽宁工程技术大学学报，2005（4）25-28.

[3]郭中华，等.三软煤层巷道联合支护技术[J].中州煤炭，2011（05）：41-42.

[4]蒋志刚.厚顶煤大跨度开切眼锚杆锚索支护技术[J].煤矿安全，2012（12）：36-37.endprint

为了减小刮板运输机和割煤机在生产过程中的下滑力，以及减小采空区垮落的矸石对液压支架产生的向下推力，工作面往往采取仰斜开采的形式，即工作面下出口超前上出口5～10m，由于仰斜开采工作面煤壁产生自重垂直向下的作用力增大，从而较容易发生片帮冒顶事故。片帮滚落下来的煤矸极易伤人，人员不能及时进入工作面采取有效控制煤壁片帮的措施，导致煤壁不断片帮，工作面顶板悬露面积不断扩大，给顶板管理增加处理难度。

3 顶板控制主要技术措施

3.1 优化采掘部署，合理布置回采工作面

合理的采掘部署，是煤矿安全高效生产的关键；加大各阶段回采工作面布置控制范围，有效降低采动矿压影响，确保采煤工作面在卸压稳定安全期布置；根据同华煤矿倾斜煤层下保护层采煤工作面回采情况资料收集，下保护层采煤工作面采动卸压稳定期一般在3～5个月，矿压稳定范围走向长为150m，各阶段标高范围为50m。因此加快阶段开拓巷道施工组织，加快保护层布置和开采，拉大相邻采面影响范围，实施跨阶段布置工作面，保证两个相邻回采工作面超前一个阶段条带布置；取消相邻工作面相向回采布置方式，跨阶段相邻工作面推进超前距大于300m，缓减上部被保护层矿山压力，防止矿山超前压力造成“三软”煤层片帮，顶板暴露垮塌有积极作用。

3.2 提高支架的和撑力和工作阻力

从控制理论讲，支架初撑力大，能够预先控制顶板，既有利于防止直接顶离层，又有利于支架的稳定。可缩量大、阻力可靠则可以缓冲老顶的压力，能够按设计要求，可靠地保证对顶板的控制。

首先尽可能提高泵站的供液能力或选择高压泵站的供液系统，尽量减少液压系统的跑、冒、滴、漏现象和工作面液压系统的窜液问题。生产中把乳化液泵站换为XRB2B-350/80乳化液泵站，从而大大减少了片帮冒顶事故的发生。

正确操作支架，在移架升柱后，不要立即把升柱手把打回零位，以提高初撑力。充分利用支架的初撑力，及时有效地支护顶板。带压移架，移架时降柱高度控制在100 mm以下，擦顶前移（或用单体帮架前移），支架升柱后，操作手把延时回零，以提高实际初撑力；发挥支架回转千斤顶的作用，保持支架顶梁处于近水平状态，梁端略高于梁尾，防止向煤壁窜矸；灵活操作，及时支护，一般移架滞后于采煤机滚筒不大于5架，不少于3架，否则应停机移架；对于顶板冒落高度>500 mm的，应及时在顶梁上架设木料绞顶，防止冒顶的继续发展。

3.3 减少机道无支护空顶时间，预防机道上方顶板长时暴露垮落

采煤机过后到移架需要10-15m的滞后距离（因先推溜后移架），采煤机滚筒切深为600mm，在此范围内，支架顶梁梁端到煤壁的宽度为600mm，如果空顶斜长在30m，就是近20平方米的空顶面积，采煤机割煤后得不到及时支护，煤壁和机道空顶范围内的顶板就会大面积暴露，造成架前冒顶现象。针对这个问题，我们根据邻近矿井改进型支架特点，提出将工作面支架顶梁前端护壁板和伸缩梁联合利用，确保当采煤机前滚筒过后，立即把伸缩梁伸出及时支护顶板，防止了机道空顶范围内的顶板大量垮落，彻底杜绝了架前冒顶。正常称架时作为护壁板直接伸到煤壁，顶住煤壁上部煤体，给煤壁一个推力，防止煤壁上部煤体的脱落，起到了防止煤壁片帮的作用。伸缩护壁板不但起到及时支护的作用，而且在防止煤壁片帮也发挥了很好的作用。煤壁片帮的范围得到了有效控制。减少了大量的人工支护工作量，而且节约了大量的坑木，并且减少了人员的人身伤亡。

3.4 辅助带压移架，减少顶板的反复支撑破坏频率

因“三软”煤层支架陷底的原因，移架时不能一次前移600mm的距离，每次只能移300-400mm，移架时需要反复降架-移架-升架的操作，造成顶板反复支撑，使支架上方顶板位移速度加剧。正常下部移一架需要3-5分钟的时间，由于部分地段顶板岩石松散易冒落，每班推溜拉架占总有效时间的1/2左右，是制约工作面正常推进的主要原因。为此我们采取了辅助带压移架措施，采用2.5m长单体支柱支撑在液压支架顶梁下方并用小绳径钢绳固定单位支柱，把拉架手柄放到拉架位置，再将陷底支架底座提离工作面底板岩层100-150mm的高度，当支架开始前移时停止降柱，一次性将支架拉到位，虽然拉架过程辅助工作时间耽误较长，但整个移架过程支架顶梁始终保持支撑位置，起到了带压移架的目的，顶板破坏程度大幅降低，达到了预想效果。

3.5 垂直工作面煤壁超前架梁护顶

当工作面发生大面积片帮冒顶且己出现空顶时，必须停止工作面采煤机和输送机，等冒顶区顶板稳定后，根据片帮的宽度，选用直径200 mm以上的木料和长度为2.4m的9#工字钢梁，沿走向将其一端搭在支架顶粱上，搭接长度应不小于300 mm，另一端用2.5m单体液压支柱支撑，每个支架上搭两根，支护钢梁间距0.7～0.8 m，并严格按“一架二梁，一梁二柱”组织实施，用木料接实顶板。

处理片帮工作必须是严格采用从上往下逐架进行，及时打好工作面煤壁的贴帮支柱，并采用木料和竹笆片背护煤壁，在处理过程要有专人负责观察顶板，严防“二次片帮”，严格措施规定要求，保证施工工程质量，确保人员撤退安全。

3.6 改进综采生产工艺和操作技术，加强工程及设备管理

要防止采高超过设计要求。因设计的采高是综合地质，矿压等多方面因素而制定的，如果采高超过设计要求，就会有特殊情况发生，如支架初撑力选不到规定要求而接顶不严密，造成顶板离层，在动态应力的影响下造成煤壁片帮，导致端面距增大，顶板悬露时间过长而造成冒顶等现象的发生。

当顶板及煤体破碎时，减少采煤机的一次进刀量，以提高牵引速度，实行浅截快跑。提高采煤机的截割速度，就可以缩短工作面生产的循环时间，尽量减少了机道顶板裸露的面积和时间。顶板裸露的面积和时间对顶板端面破碎起着制约因素，而工作面机道顶板裸露面积的大小和时间很大程度上取决于滚筒的截深及采煤机的牵引速度。因此，在实践中要根据适合采场的地质条件及生产条件选择合理的截深和速度，减少顶板的裸露面积和时间。这样，可以充分利用超前压力落煤，使机组负荷减小，运行稳定，速度快，使顶板压力显现较均衡，顶板下沉量小，避免了片帮冒顶事故。

加强综采工作面机电设备的管理。强化检修质量，加强设备使用过程中的维护和保养，标准操作，保证运输系统包括胶带输送机、转载机、刮板输送机的状态完好，能够正常运转，实现各转载点的连续运输；保证采煤机检修，能够实现顺利的割煤，提高采煤机的开机率；加强乳化液泵站及液压系统的检修质量，使泵站运行可靠，泵压稳定，达到额定的工作压力，保证支架的初撑力，使采煤机割煤后液压支架能及时进行支护，可以避免或减少片帮冒顶事故，从而可以保证工作面的工程质量，可使生产连续、稳定、均衡的进行。

4 结束语

通过松藻矿区同华煤矿2316-1采面近期顶板管理和防煤壁片帮，有以下几个方面值得总结和思考。

4.1 合理的采掘部署是矿井安全生产、可持续发展的根本。

4.2 相向回采工作面在走向布置和阶段标高控制的合理范围必须结合采动影响后矿压显现规律进一步优化论证。

4.3 支架的最大支撑高度要与煤层结构和煤层变化情况相适应，充分考虑地质构造带来煤层增厚支护高度不够的弱点。

4.4 支架活动伸缩梁和护壁板设计联合配套对“三软”厚煤层防片帮大面积裸露顶板能进行有效控制。

4.5 当煤壁片帮宽度超过0.8m或顶板冒高超过0.5时，要立即停止作业，并有超前人工处理顶板和控制片帮的预见性，并及时针对性处理，切不可拖延或推迟处理。

4.6 高度重视设备维护检修和质量标准化建设，从各方面强化操作质量和工程质量管理，从而达到安全生产。

参考文献

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