液压单体柱在棚顶过程中的特殊应用实践

曹东升

(大同煤矿集团 云冈矿，山西 大同 037017)

同煤集团云冈矿12#层406 盘区8623 低位放顶煤工作面煤层平均厚度6.4 m，倾角1° ～5°，工作面走向长度1 060.3 m，倾向长度147 m.煤层直接顶为6.33 m 厚的粉细砂岩互层，老顶为26.54 m 厚的中细粒砂岩，直接底为5.36 m 厚的粉细砂岩互层。工作面五巷布置，分别为:2623 运输巷、5623 轨道巷、2623 -1 工艺巷、2623 -2 工艺巷与5623 -1 排瓦斯巷。工作面与上覆9#层的层间距约为43 m，工作面1#～60#支架上方为宏达煤矿开采9#层的保护煤柱，60#～87#支架上方为宏达煤矿开采9#层的采空区。工作面开采至距切巷465 m 时遇到落差为4 m 的F1断层，与工作面斜交影响范围可达400 m.

断层及上覆煤柱对工作面及巷道顶板完整性影响较大。工作面进入断层初期，受断层影响，1#～10#支架顶板冒落严重，其中1#～5#支架顶板塌落高度达10 m 以上，6#～12#支架顶板塌落高度为3.0 ～5.0 m.1#～10#支架端面距为1.0 ～3.5 m，不仅对正常生产造成影响，在安全管理方面也存在隐患。因此，需采取棚顶措施使工作面尽快推进通过漏顶区域，保证工作面高效安全的生产。本文提出的单体柱的特殊应用对其他处理漏顶事故的方案选择具有一定的参考价值。

1 技术方案

1.1 治理漏顶方案

该次漏顶的主要处理方法为穿钢针棚顶并加注马丽散，具体方案如下:

1)2623 巷超前范围补强支护。

2623 巷超前范围内采用“锚索梁+金属网+角锚索+单体支护+注马丽散”联合支护，锚索梁长度为5 m，锚索选长度8 m，直径17.8 mm 的钢绞线。超前5 m 范围内按间距0.3 m 打锚索梁，超前5 ～20 m内按间距0.5 m 打锚索梁;角锚索打在工作面侧，间距1 m;单体支护采用单体柱加走向台棚，梁距1.5 m;顶板在巷中位置注射马丽散，孔距5 m，工作面侧煤帮注射马丽散，深孔、浅孔交错布置，其间距2.5 m，其中深孔孔深12 m，浅孔孔深5 m.

2)工作面未漏顶区域补强支护。

工作面14#～35#支架区域采用“角锚索+注马丽散”支护方案。角锚索距底板不低于3.2 m，注马丽散一架一孔，孔深4 m.

3)工作面漏顶区域补强支护。

工作面1#～13#支架漏顶区域采用“穿钢针+抬棚+单体支护”的支护方案。材料选用d40 mm 长2.5 m 的圆钢尾部加焊40 板机链条做钢针，棚梁及棚顶圆木直径不小于18 cm，长度不低于4.0 m，棚梁可用11#工字钢代替。棚梁与棚顶圆木垂直布置，棚顶木间隙不大于20 cm.

4)工作面推进过程中的措施。

工作面棚顶工作全部完成后，采取及时前移支架，支架前梁推入钢针及棚外露下方升紧挑牢的办法，形成人工再生假顶，截住冒矸，充填前梁上方的冒落空间。采用钢针、架棚支护完成后，工作面每推进一刀，仍需通过打角锚索加注马丽散方法对顶板进行加固，若需要则继续穿钢针架棚补强支护。对工作面所遇断层前后10 m 范围必须采用打角锚索加注马丽散方法进行锁口。

1.2 单体柱在棚顶中的应用

在处理漏顶事故采取穿钢针棚顶措施的过程中，由于端面距空顶范围较大，工作人员在空顶区域下方穿钢针过程中危险程度极高，严重影响了处理漏顶事故的工作进度。为加快处理漏顶事故的速度，同时为了保证工作人员的人身安全，在穿钢针前先利用单体支柱在漏顶区域搭建临时顶棚，工作人员在临时顶棚下方进行穿钢针并棚顶工作，最终根据需要随时回撤单体支柱，完成对漏顶区域的棚顶工作。具体实施方案如下(棚顶方案支护示意图见图1):

图1 棚顶方案支护示意图

1)单体柱布置方式为垂直煤壁悬挂于支架顶梁下方，故首先根据需要棚顶的支架的端面距选择合理长度的单体支柱，保证单体柱的最低长度为在悬挂于支架下方时完全伸出后可以紧挨煤壁。

2)将单体柱利用铁链与铁丝悬挂于支架前梁下方，单体柱的底座顶在支架前梁末端铰接位置有凹槽处或是铁板上，然后将单体柱通过液枪给液伸出，使得单体柱与煤壁紧紧接触(单体柱可以插入酥软煤壁一些距离效果更好)。保证单体柱与煤壁垂直布置，目的是单体柱伸出紧挨煤壁后使其基本可以固定，并承担一定重量。

3)每架支架前梁下方按上述方法布置两根单体柱后，将钢梁、道木、木板皮以及圆木等材料置于两垂直煤壁的单体柱上方搭设临时顶棚(棚顶铺设材料以2 ～4 层为宜)。现场根据实际需要，各钢梁、道木及其他棚顶材料间利用铅丝捆紧固定。

4)临时顶棚完成后，工作人员在临时顶棚下方进行打眼穿设钢针的工作。钢针选用直径40 mm 的圆钢，并带有长约0.5 m 的铁链，每两根钢针架设1根钢梁，钢梁一段置于两圆钢铁链连接位置，另一端置于支架前梁上方，每架支架下方至少穿设4 根圆钢，架设2 根钢梁，然后在其上方搭设道木等木料完成棚顶工作。钢针尽量与单体柱插入煤壁位置平行布置，钢针穿设完成后，利用铅丝将钢针及搭接的钢梁与临时顶棚的材料固定结实，据实际情况在需要的位置添加钢梁与道木等相关棚顶材料，保证钢针与顶棚达到固定效果。

5)相邻支架位置重复以上步骤进行棚顶，若遇顶板破碎严重段，以5#、6#支架为例:当6#支架棚顶工作完成后，可在5#支架下方靠近6#支架侧先垂直煤壁架设1 根单体柱，然后利用6#支架已有的单体柱在5#～6#支架区域完成棚顶工作。通过“锁口”即逐渐缩小空顶范围的方法保证工作人员进行棚顶工作期间的人身安全。

2 应用情况及经济社会效益

利用单体柱可远方操控其伸缩的特性，提前将其固定于支架与煤壁间，搭建临时顶棚，保证工作人员的人身安全;针对穿钢针前已有临时顶棚的现状，采用圆钢针、钢梁与支架搭接完成穿钢针并棚顶的工作，使其与临时顶棚连接牢固。

棚顶过程中利用单体柱提前搭建临时顶棚，加快了对空顶区域棚顶工作的速度，缩短了处理漏顶工作的整个进程，保证工作面尽快恢复正常生产，同时确保了工作人员的人身安全，降低了棚顶的难度、相关配件消耗的成本及劳动强度，为安全生产提供了保障，并创造了可观的经济效益和安全、社会效益。

3 结论及推广应用

实践证明，单体柱在棚顶过程中无论从节省支护材料消耗上，还是从提供安全工作环境上，均取得了良好的效果。

该方案仍存在一定的缺陷:工作面支架端面距较大时，采用单体柱提前搭设临时顶棚，当端面距大至单体柱长度无法满足的范围时，该方法若不加改进直接使用则无法取得其在棚顶过程中的优势，因此，该方法中单体柱的长度是其中一项较为明显的影响因素。另一方面，单体柱由于其液压特性使得其在沿单体柱垂直方向能承受较大的压力，但该方案中单体柱由于垂直煤壁布置其受力位置为柱身，即伸出的单体柱缸体。单体柱缸体承受垂直其压力的能力较小，故当压力猛然增大时，可能会出现单体柱被拦腰砸断的状况，因此，单体柱本身易损坏，也使得该临时顶棚存在一定的安全隐患。同时也应进一步提高员工技术水平、加强相关设备维护保养、提升安全管理水平，为工作面的安全正常生产发挥积极的作用。

该方案对工作面架前漏顶事故处理的研究具有一定的代表性，为今后类似工作面开采处理架前漏顶过程中棚顶这一工序积累了实践经验，有较高的应用价值，值得积极推广和完善发展。

［1］ 靳钟铭，徐林生.煤矿坚硬顶板控制［M］.北京:煤炭工业出版社，1994:105 -125.

［2］ 钱鸣高，石平五，许家林，等.矿山压力与岩层控制［M］.北京:中国矿业大学出版社，2010:105 -107.

［3］ 贾喜荣.岩石力学与岩层控制［M］.北京:中国矿业大学出版社，2010:89 -90.

［4］ 徐永圻.煤矿开采学［M］.北京:中国矿业大学出版社，2000:156 -158.

［5］ 魏锦平，牛彦华，李 胜.两硬综放面顶煤顶板冒放结构探讨［J］.山西矿业学院学报，1997(15):332 -336.

［6］ 马陈社.大采高综采工作面架前漏顶的处理措施［J］.山西煤炭，2011，31(10):47 -49.

［7］ 刘树林，刘庆伟.浅谈综采工作面过漏顶［J］.同煤科技，2004(12):14 -16.

［8］ 尤 宁.对综放工作面片帮漏顶问题的分析［J］.矿业安全与环保，2010，37(增):130 -131.