残煤综采工作面开采破碎顶板控制研究

张拴军　李芳

摘 要：在开采残煤的过程中需要克服许多技术难题，其中综采工作面的破碎顶板是一个常见的问题。如破碎顶板无法得到有效控制，则将会对残煤综采工作的安全性造成不良影响。为了确保破碎顶板得到有效控制，则应注意采用多种措施，尤其需要注意改善支护方式。该文结合实践经验分析了残煤综采工作面的顶板破碎原因，包括煤层顶板地质条件不良，综采工作面支架的初撑力不合格，工作面端面距过大、推进速度过慢及工作面支护状态不良。同时探讨了控制破碎顶板的措施，包括合理选择支架及设置金属网，改善移架操作方式及初撑力，优化残煤开采技术。

关键词：破碎顶板 综采 残煤

中图分类号：TD327.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）01（c）-0070-01

煤矿是支撑化工工业发展的重要能源，为了缓解煤矿资源需求量日益增加与有限储量不断减少的矛盾，则应注意采用先进工艺提高煤矿开采效率，确保煤矿资源得到有效开采与利用[1]。有效开采残煤是充分利用煤矿资源的必要条件，本文分析了控制残煤综采工作面破碎顶板的方法，旨在保证残煤开采工作的顺利进行。

1 残煤综采工作面顶板破碎原因

残煤综采工作面的顶板出现破碎现象的原因主要包括以下几种：（1）煤层顶板地质条件不良。老顶岩层具有坚硬及厚度大的特点，但在老顶长时间悬浮于采空区的上方时，周期压及初次来压就会直接作用于上覆岩层，致使岩层垮落及顶板破碎。直接顶厚度一般为1～2 m，在前移开采支架时，直接顶容易出现垮落或破碎现象。伪顶的硬度低于直接顶，岩层一般为炭质页岩，厚度为0.5 m左右，采出煤矿后可见顶板破碎现象。（2）综采工作面支架的初撑力不合格。如初撑力达不到要求，则必然会对支护强度造成影响，在顶板压力得不到有效转移的情况下，便会引起顶板破碎现象。多个工作面同时供液、泵站压力不足、供液管路过长、管路泄露及工作面窜液等均可能成为初撑力不合格的原因[2]。（3）工作面端面距过大、推进速度过慢及工作面支护状态不良。端面距越大、推进速度越慢，则顶板发生破裂的风险也就越高。不良支护现象包括支架错茬、顶梁歪斜等均可能引起顶板破碎。

2 残煤综采工作面开采破碎顶板控制分析

2.1 合理选择支架及设置金属网

在开采残煤时应根据工作面顶板的地质条件状况合理选择支架与设置金属网，以便在改善支护状态的基础上预防因地质不良而导致顶板破碎。（1）对于地层极不稳定的煤层顶板，应选择伸缩性能良好的支架作为支护体系中的前梁，支架应具有相互配套的护帮板，支架高度应控制在1.8～2.5 m之间。在采煤机向前行进后及时前移支架，顶板刚暴露时立即将伸缩梁伸出，以便能够减小端面距，并将端面距控制在0.6～0.8m之间。如在综采残煤的过程中发现煤壁折帮现象，则应确保选用的支架能够实现超前支护。（2）综采残煤时通常会遇到顶梁进入时顶板不断破碎的现象，且顶梁上方多会形成浮矸层，在移架时可加快顶板破碎。对此可在顶板铺设大小适中的金属网，使工作面形成超前支护体系，从而有效控制顶板破碎。如煤帮顶板中存在平行于综采工作面的切断线，在移架前应采用直径为15～18 mm，长度为1.5～2.0 m的圆木进行刹顶处理，刹顶时使用串杆刹严圆木，圆木的两头分别采用单体帮柱及支架前梁进行支撑，以便增强金属网的支撑强度，网扣间距应<0.1 m[3]。此外，可在顶板铺设双层金属网，以便防止架间淌矸。

2.2 改善移架操作方式及初撑力

改善残煤综采工作面移架操作方式及顶板初撑力能够有效控制顶板破碎，在对移架方式与初撑力进行改善时可以采用以下方法：（1）在移架前应伸出走架子的前梁，将护帮板打开，同时严格按照擦顶带压的方法进行移架操作。迁移支架时应坚持少降快移的原则，确保降价高度<100 mm，禁止在移架过程中出现反复升降支护支架的行为，以避免顶板松动。在移架时还应控制好侧护板的收缩量，尽量避免一次收完侧护板；在移架操作完成后，立即将护帮板打开，以预防出现架间流煤及顶板淌货现象。此外，如综采工作面的坡度为15～25 °时，应尽量使煤壁与支架相互垂直；如坡度为25～45 °，则可适当倾斜架子底座。（2）为了使顶板支架的初撑力能够与额定的初撑力相符，则可以在综采工作面中安装初撑力的保证阀，确保在快速移动支架时即使将操作手把松开，也能够继续增大支架压力，保证在实际初撑力值达到额定值后才中断供液。此外，应强化管理供液管路及液压泵站，确保管路及泵站的供压值高于或等于额定值。如在综采残煤的过程中使用了电液自动控制系统，则可以增设双压力控制系统，以避免供液中断，从而保证初撑力的连续性及有效控制顶板破碎。

2.3 优化残煤开采技术

在控制破碎顶板时也可以采用优化残煤开采技术的方法，在优化开采技术时应注意从综采工作面入手：（1）在开采残煤前可在下槽及上槽中设置注水钻孔，布设钻孔时应依据综采工作面的实际长度，以保证水能够浸透顶板、煤层，使煤岩浮离现象得以弱化，以通过注水胶结有效控制破碎顶板及煤层。同时要控制好工作面的推进速度，保证推进速度>2.0 m/d，支护强度应控制在300 MPa左右。（2）开采残煤时要控制好采高，使采高为2.0～2.5 m，以提高出煤量及降低煤壁压力。如在综采过程中出现严重片帮现象，则可将套棚设置在支护支架之前，并严禁在片帮10 m的范围内放货，同时对顶板及煤壁进行有效控制，以避免片帮延伸或顶板淌货。如综采工作面中存在夹石，且采煤机无法继续正常割煤，则应避免采用炮落煤工艺，在实际工作中可采用人工手掘及风镐落煤工艺代替炮落煤。

3 结语

綜上所述，有效控制开采残煤时出现的破碎顶板有利于减少采煤安全事故的发生率，同时还可以提高残煤的开采效率。

参考文献：

[1] 王颖，贾建波，李风海，等.褐煤腐植酸的抽提及其对褐煤吸水性能的影响[J].化学工程，2014，42（2）：61-64.

[2] 梁虎珍，曾凡桂，相建华，等.伊敏褐煤中微量元素的地球化学特征及其无机-有机亲和性分析[J].燃料化学学报，2013，41（10）：1173-1183.

[3] 赵智军，李汉青，谢马龙，等.先锋褐煤热溶残煤的过氧化氢氧化及产物分析[J].安徽工业大学学报（自然科学版），2013，30（4）：409-413.