煤矿回采工作面破碎顶板控制关键技术研究

王继元

摘 要：煤矿巷道回采工作是一项既复杂又危险的工作，其中破碎顶板极易出现安全事故，对煤矿生产安全造成严重影响。本文以某地一处煤矿的实际生产状况以及其地质条件为依据，对该煤矿回采工作面以及其破碎顶板的影响因素、冒落机理、支护架以及破碎顶板的管理进行了深入研究，并探索出顶板发生冒顶情况的原因，据此制定了相应的改善措施。

关键词：煤矿回采工作面；破碎顶板；控制技术

中图分类号： TD82 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）24-229-2

0 引言

煤炭可有效保证我国经济平稳、持续发展，因此煤矿开采工作面中的顶板情况，以及顶板支护的管理质量会直接对该煤矿的安全生产以及经济效益产生严重的影响。在国际中享有盛名的煤矿开采场地中顶板控制和管理理论，在一般情况下进行的煤矿开采工作具有十分重要的指导意义，使得煤矿开采工作能够顺利进行。但是，就当前的科技发展形势来看，传统的矿山开采管理观念和理论只有不断地完善和创新才能适用于现代煤矿开采工作，提升破碎顶板的控制技术含金量，促进煤矿业的发展。

1 矿井简介

该煤矿的具体位置在安徽省的濉溪县南边15千米处，距离东南方向的宿州市约35千米。该煤矿从南部的百善集开始，延续至北部的南沱河处，从南至北共长8千米左右，东西方向宽度为3.5千米，矿内含煤面积约为23.3平方千米。濉阜铁路由该矿区南部的百善集出经过，一路沿着北方的青龙山前行，转符夹线后连通陇海、京九以及津浦等多条铁路干线。在百善集有濉蒙和宿永两条公路干线的交汇处，有极其便利的交通环境。

该煤矿的采煤层可分为两层，且这两层采煤层全部都在二叠系形成，6号煤区可全部开采，但是5号煤区只有部分可进行开采工作。该矿井的地质结构形态从整体上看，展现出由南向北逐渐延伸的复式向斜结构的盆地，并且该盆地呈现出左旋“S”型结构，并且发育出20条左右的较大断层，其中有4条断层的断距为约30m。

该煤矿的水文地质条件并不复杂，煤矿的南半段大致为简单型，北部段则属于中等型，因此该煤矿的水文地质条件整体为“简单-中等”型。根据煤矿处地具有的沉积特征和富水特征，并结合该区域中含有的隔水层组以及该矿井的水文特点，该矿井区的含水层可分为四层：新生界松散层、基岩风化带、煤系砂岩裂隙以及太原群灰岩。

2 煤矿回采工作面破碎顶板冒顶原因

破碎顶板一般出现在断层带、节理裂隙、穿旧巷隙等区域内，顶板强度下降是破碎顶板的主要表现形式之一，受到矿山压力的影响较大，极易造成顶板断裂情况，部分环境中破碎顶板呈细小块状或粉末状。破碎顶板冒顶机理为：

地质层发生运动时，岩层会受到张力以及挤压情况的影响，造成岩层断裂进而形成断层，是顶板的完整性受到破坏，断裂面也会因此不断地向四周的顶板扩展。两面断层面之间一般都会堆积着粉状物或者泥状物，较为光滑，上盘和下盘之间的岩石失去了粘结能力，煤矿顶板管理失去秩序。

地壳运动导致地层岩石的水平压力承受能力降低而出现了褶曲，褶曲内部具有的构造压力以及残余应力会对原始岩层的应力场分布产生影响，使煤矿的背、向斜区域内聚集了大量的弹性能力，导致破碎顶板局部出现冒顶。

煤层受到压力的影响，导致其厚度变薄，并且顶板受到挤压后会形成大量的节理和裂隙滑动面，造成顶板破碎，并伴有孤立性和单独性，因滑落而造成局部冒顶现象，严重时支护架摊到而形成面积较大的冒顶现象。机械化煤矿巷道回采工作面的破碎顶板冒顶情况，会对煤矿生产的安全性、开采效率等产生严重影响，结合煤矿的具体情况以及煤矿的地址、水文条件以及煤矿的当前的生产状况，推测出导致工作面顶端出现冒顶情况的原因包括：①地质条件。煤层以及围岩的强度、裂隙、褶曲、断层等多种地质结构可直接对巷道顶板的稳定性产生影响，属于具有根本性质的内在因素。断层之间存在的落差和周边的涨性结构裂隙程度呈正相关，岩层性质的软硬程度与出现冒顶的概率存在正比关系。②支护架初始支撑力以及支护强度。煤矿回采工作面的支护强度和破碎顶板冒落之间存在着双曲线关系。根据实地考察可知，该煤矿顶板出现事故在支架工作阻力240-290kN/m2区间时变化尤为明显，当工作阻力小于该区间时，顶板冒顶现象极其激烈，当工作阻力大于该区间时，顶板冒顶现象不严重，由此可见支架工作阻力的参数设置合理，才能有效减少顶板冒顶现象出现。支护架的初始支撑力会对支护强度以及支护效果产生重要影响，保证支护架的初始支撑力意义重大。

3 煤矿回采工作面破碎顶板控制技术

煤矿回采工作面中存在多种生产要素，而最重要的就是破碎顶板的工作面，顶板管理在煤矿生产过程中的重点工作，合理的顶板管理才能保证工作面施工的安全性，生产质量以及生产效率等。煤矿回采工作面破碎顶板最明显的特点就是因为破碎易出现冒落情况。顶板的承受的暴露时间段，面积小，防护不及时就会出现漏顶，不采取合理的措施漏顶范围会增加，最终导致冒落事故，因此必须在发生冒顶现象之前就采取相应的措施对顶板加以控制。对此可采取以下措施解决：

3.1 加强勘测

首先需要加强煤矿回采工作面的地质条件勘测工作力度，在开始回采工作之前必须有细致的煤矿地质说明资料，主要内容应该有，该回采工作面的地质结构变化、水文地质条件、断层面信息、褶曲、顶板破碎带、节理和裂隙的发育情况等，据此制定出可行性较高的冒落预防措施。

3.2 做好支护工作

改善煤矿回采工作面的破碎顶板状况，需要较好地完成支护工作，更重要的是超前支护工作。采煤机完成割煤工作以后，向前移动支护架再移动输送机，可以通过超前采煤机进行移动支护架工作，确定支护架的顶梁已经顶住煤壁，以此避免因顶板暴露出现冒顶现象而进行的超前支护措施。

3.3 尽量减少梁端距

回采工作面的破碎顶板进入顶梁上方以前破碎问题就已经很严重，并且在顶梁上方位置形成了不同厚度的浮矸层，在移动支护架过程中浮矸就会沿着支护架掉落，进而加大冒顶面积。因此，在煤矿回采工作面中减少梁端距是有效解决该问题的措施，并结合临时支护措施控制破碎顶板。

3.4 伸缩支护架以及金属网

煤层顶板稳定性不足，回采工作面的支护架的选择应该是自带护帮板并且伸缩能力较强，在采煤机完成该区域的割煤作业后，立将支护架向前移动或及时将护帮板和伸缩装置打开，对刚刚暴露出来的顶板进行支护，将伸缩装置伸出以减小端面之间的距离。

在支护架的顶梁上方铺设金属网可有效控制破碎顶板的冒顶现象。顶梁上方铺设金属网可将破碎顶板暂时形成一个整体，这样既可对顶板的功效进行改善，值得注意的是，一般情况下金属网会铺设两层，增加控制力度。

3.5 走向梁架立

在煤壁上接近破碎顶板的位置挖掘一个安放走向梁的梁窝，使走向梁的两端分别架在煤壁和支护架顶梁处。梁窝的位置选择必须保证避开易片帮的煤壁，避免出现其他安全事故。

3.6 带压擦顶移动支护架

在移动支护架时一定要设置支柱的工作阻力，保证顶梁能够紧贴着顶板向前移动，这样能够在一定程度上减少支护架移动时破碎顶板岩层的活动量，防止支护架移动破坏顶板。

3.7 加强施工人员的培训

煤矿回采相关负责人需要开设宣讲活动，为煤矿井下施工人员进行安全宣讲，保证施工人员能够明确意识到破碎顶板冒落事故的危险性，以及控制回采工作面破碎顶板的重要作用，强化施工人员的工作意识，提升施工质量，减少破碎顶板冒落事故的发生率。对控制破碎顶板冒落的工作经验进行总结，吸取控制失败的教训，优化控制技术，加强控制力度，将破碎顶板冒落事故的危害控制在最小的范围内。

上述的煤矿回采工作面破碎顶板的控制措施，需要根据不同煤矿的实际情况进行灵活应用，才能将破碎顶板的局部冒落事故发生率降至最低。因此，只有指定合理的、有针对性的控制措施才能保证减轻局部冒落事故危害程度，加强管理，总结经验，指定合理的事故预防方案，做到防患于未然。

4 结语

综上所述，根据对现有煤矿的破碎顶板性质、形成机理进行深入分析，明确煤矿内现使用的设备对破碎顶板的适应程度，为研究开采区的部署方式、回采工作面的相关参数、回采工艺等因素对破碎顶板的控制产生的影响奠定基础，进而明确现行的煤矿回采顶板的控制技术以及管理方式的不足，保证对破碎顶板产生的原因有更深层次的认识，了解破碎顶板可能产生的危害的严重性，结合精进的控制技术以及有效管理措施，提升煤矿开采的安全性，促进煤矿行业的发展。

参 考 文 献

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