复杂地质条件下顶板管理技术实践

文/许景存

（作者系开滦能源化工股份有限公司吕家坨矿业分公司经理）

开滦矿区煤层地质赋存条件非常复杂，生产过程中对顶板的支护及管理都有相当高的技术要求，尤其是受断层等地质条件影响，稍有不慎就会产生非常严重的冒顶事故。开滦集团吕家坨矿在6572工作面过断层过程中，通过顶板控制、技术管理，预防了冒顶事故的发生，完成了6572工作面的回采工作。

一、概况

1.工作面概况

6572工作面为-950五采区第一个工作面，位于-950五采轨道石门西侧，南邻吕钱井田边界，6572东侧120米处的6571工作面正在掘进中，其下伏煤层均无其他采掘工程，工作面倾向长度182m，走向长度506.9m。7煤层为复杂结构厚煤层，本工作面范围内七煤层局部含一层夹石，深黑色，玻璃光泽，以暗煤为主，条带状或层状构造，硬度较大，煤层厚度在2.7～5.2m之间变化，煤厚由东向西逐渐增厚，平均煤厚3.7m，平均倾角 14°。7S-1～7S-2 煤层的间距变化较大，皮带巷的间距在0.5～1.5m之间变化，间距较小时7S-2煤层的直接顶板也是7S-1煤层的直接底板，其岩性为深灰色粉砂岩，水平层理，泥质胶结，较破碎，含植物碎屑，轨道巷7S-1～7S-2煤层的间距在2.0～5.4m之间变化，其间距由东向西逐渐增大。

2.工作面顶板概况

根据6572工作面煤层顶板（地质说明书提供和掘进实际揭露），结合吕家坨矿6373、6572工作面顶板情况分析和矿压观测资料，可以确定为复合型顶板，容易冒落。直接顶初次垮落步距为5～9m，直接顶为Ⅱ类中等稳定顶板，老顶为Ⅱ级有周期来压顶板，直接顶为粉砂岩，厚度为1.3m，老顶为细砂岩，厚度2.0m。

3.工作面断层概况

6572工作面在回采期间共遇到21条断层，其中落差在1.5m以上的断层有8条，基本贯穿工作面的断层有3条，在回采初期，切眼处揭露3条断层，在回采过程中，在皮带巷P31点位置遇到断层组，共有三条断层在此处交汇。

二、回采技术工艺

工作面装备MGTY-710型双滚筒采煤机一台，安装ZY8000-22/48液压支架 124组、ZY6400-21/45液压支架4组、ZY6400-17/35液压支架4组支护顶板。采煤机进刀方式为端头斜切进刀，双向割煤，往返一次进两刀。工作面支护采用及时支护方式，采取顺序追机移架方式，并保证移架速度与割煤速度基本保持一致，劳动组织形式为“三八”工作制，两班生产一班准备，采用走向长壁后退式综合机械化采煤法，全部垮落法处理采空区。

三、工作面的顶板管理

1.合理的支架选型

（1）ZY8000-22/48 液 压 支 架技术特征

①ZY8000-22/48型液压支架为整体顶梁结构，在整体顶梁的前方配有可旋转180°的护帮板可有效的加大护顶面积。

②ZY8000-22/48型液压支架采用本组移架的方式进行拉移，并在升柱的过程中抬脚顶子能够自动收回，同时在顶溜的过程中推移千斤顶有自锁功能从而减少了繁琐的劳动工序。

③ZY8000-22/48型液压支架在每组支架的架箱内配有反冲洗过滤器可随时对本组支架进行反冲洗，从而减少了因乳化液内杂物对支架管路堵塞而造成的生产事故，同时也能够延长支架内各种液压缸的使用寿命。

④ZY8000-22/48型液压支架在本组支架的架箱内配有一个多通块连接主进液、主回液和静压水，同时此支架使本组操作减少了支架间和支架内胶管的数量和长度，经济效益得到了很大程度的改善。

⑤ZY8000-22/48型液压支架推移千金顶行程为900mm，可有效的控制面溜在水平方向的弯曲度。

（2）ZY8000－22/48 型 液 压 支架在采煤工作面的优越性

①支护强度大。ZY8000－22/48型液压支架工作阻力可达到8000kN，所以有较大的支护强度，尤其对周期来压显现明显或因采动影响压力较大的工作面来说效果显著。

②控顶效果好。由于ZY8000－22/48型液压支架最小控顶距为3995mm，最大控顶距为4795mm且护帮板长度为1.1m并能够旋转180°打平，所以控顶面积非常大，使用起来也非常灵活。

③减轻劳动强度。由于6572工作面受地质构造的影响断层数量比较多，受断层影响6572工作面在初采阶段顶板及其不稳定，常出现因顶板破碎需提前采用人工做超前的情况，这时护帮板就起到一定的作用。在做超前挑板的过程中，由于护帮板能够旋转180°，可先将板放置在护帮板上然后将护帮板伸开将板挑上之后补打点柱，这样就减轻了以往人工抬板的劳动强度。

④安全系数高。ZY8000－22/48型液压支架和普通支架不同之处在于此支架采用本组支架操作，各种液压缸的管路走向都是在本组支架内，不存在因两组错茬时挤坏液压缸管路的现象，这在很大程度上避免了液压管路抽人现象，提高了安全系数。

2.技术超前谋划，制定可行性方案

（1）顶板观测，掌握周期来压步距，采取有效措施控制顶板

①技术人员在工作面上下出口100m范围建立十字测点，每天测量顶板下沉量及两帮移进量，并进行数据统计形成曲线图，通过数据变化范围及曲线图变化的平缓程度进而可以判断出周期来压步距。

②每天准备班盯岗人员对采面大柱压力表进行抽查观测，每5组支架抽测1组，然后上井后将数据填写在统计表上，技术人员通过统计的数据可以判断出周期来压的步距。

③通过现场机组割煤时煤壁软硬程度及采面大柱安全阀卸载数量也可进行周期来的初步判断。

④通过对数据的分析结合现场实际，可以判断出采面周期来压步距，在周期来压前，采取有效措施防止因压力大造成的冒顶事故。主要措施有：

一是加强采面顶板支护管理，严格把关。在回采过程中采面支架必须全部达到初撑力要求，支架前梁及顶梁必须与顶板平面接触，绝对不能出现点接触现象，尤其是支架前梁必须挑住顶板，不能悬空，断面距要严格控制在规定范围之内，并要求盯岗人员和班长要负起责任，班末验收过程中对顶板的支护情况格外注意，否则严肃考核。

二是灵活掌握回采工艺流程及机组走刀方式。机组在顶板破碎易发生冒顶地点割煤时尽量采取从下往上走底刀、从上往下走扫顶的方式，入刀位置尽量放在顶板不好、煤壁片帮上部顶板完整、煤壁较硬地点，无特殊情况时必须溜子顶直、机组全部入刀煤壁。煤壁松软和片帮地点，首先要超前移架，及时伸前梁和护帮板，机组走底刀。

（2）提前制定有效方案，顺利通过地质构造带

6572工作面在回采到P31点位置时采面遇到断层组，共有三条断层在采面下角交汇，为了能够顺利通过，技术人员超前谋划，制定了一系列有效的技术方案：

①由于三条断层在采面下角交汇，考虑到当采面达到此处时采面下角的顶板势必难以控制，很容易发生冒顶事故，所以在揭露之前50m，采取在断层交汇点处提前向里做超前的方式揭露此断层组，一方面能够提前了解此处顶板的破碎程度及煤层层位，为下一步工作提供参考；另一方面提前对此处的顶板进行有效的支护，防止采面回采到此处时下角顶板不好控制。

②当采面距此处所做的超前2.0m时，采取在采面侧做超前与此处超前做通，防止机组割煤时煤壁突然片帮发生冒顶事故。

③提前在采面铺网，网随着断层往上走逐渐往上延网，网不能滞后于断层面，必须超前断层面8～10组支架。

④技术人员每天盯生产班，掌握好层位，尤其是断层附近不许托顶煤回采，以免发生冒顶事故。

（3）加强日常液压系统及支架完好的管理，为有效支护顶板提供保证

液压系统及支架的完好程度直接影响着采面顶板的有效支护。加强液压系统及支架的完好采取如下措施：

①无论是生产班还是准备班，杜绝“跑冒滴漏”现象的存在。

②在生产过程中发现问题当班能够处理的必须处理，如不能处理的及时汇报区值班室，每段架子工上井后必须填写液压系统管理台账，把班中发现的未能处理的问题写入台账，准备班支架检修人员可根据台账做到心中有数。

③在平时要备齐各种管路及备件，不能出现物件短缺情况。

3.工作面预防冒顶预案

（1）超前提供地质依据，了解工作面地质情况

①地测科要在每个掘进工作面交安装以前，提交给回采室一份根据切眼、两巷等实掘巷道素描修订的地质说明书，并负责掘进向回采移交地质情况，回采室和综采队要依据此说明书修改安装需使用的设备、回采工艺。

②地测科每周至少提交1份各综采工作面素描图，并在每周三回采技术例会上分析各工作面地质条件。综采工作面条件复杂、变化大时要每天去现场实测地质情况，并提供新的综采工作面素描图。

③地测科要在综采工作面过老巷、石门、钻窝（内有丢失钻杆）、断层等以前50米发地质预报分析。对于落差较大断层（H≥1m），地测科要根据物探、钻探等资料，准确掌握断层情况，根据需要做出多个过断层预想剖面，为确定过断层方案提供依据。

（2）超前排查和分析顶板问题

①综采队进入每个工作面初采或收尾以前，由回采副总牵头组织地测科、矿压组、综采队、设备科共同分析切眼煤层赋存和顶底板条件、支护形式以及矿压情况，形成初采或收尾方案，综采队要根据初采或收尾方案制定初采或收尾安全技术措施，其中初采或收尾方案对于采面、上下出口顶板管理要有明确要求，保证初采顶板及时垮落和收尾期间出口和采面安全。

②每周三由回采室牵头组织综采队、地测科、设备科参加的技术例会，重点分析地质条件变化和过断层构造、过老巷等情况，提前制定技术方案，各综采队要根据已确定的技术方案制定有针对性的安全技术措施，并贯彻实施。

（3）预防冒顶事故的具体措施

①煤壁松软、片帮地点所采取的措施：

一是片帮在1m以内、长度达到2组支架及以上，但顶板较完整时，采用支架上方挑板、打液冲锚杆控制片帮等方法。

二是片帮在1m以上、长度达到2组支架及以上，但顶板较完整时，采用支架上方挑板、煤帮打帮柱、打液冲锚杆控制片帮等方法。

②断层等地质构造地点，顶板破碎、煤层裂隙发育采取的措施：

一是如果煤壁不片帮或者片帮小于0.5m，则只采取铺网或先铺网后带板、挑板的方式控制顶板。

二是如果煤壁片帮，则根据片帮的具体情况采取不同的预防措施综合应用来控制顶板，如铺网配合带板、挑板、打帮柱措施；铺网配合打液冲锚杆措施；煤体固化措施；人工做超前措施等。

三是顶板破碎，但煤壁完整，片帮不严重（小于500mm）时，采取铺设金属网假顶办法控制顶板，必要时挑板。

四是顶板破碎、煤壁松软、片帮严重，采取煤体固化、上顶铺设金属网方法控制顶板。

四、总结

经过不懈努力，顺利完成了6572工作面的回采工作。本文通过对复杂地质条件下的工作面过断层、顶板控制、技术管理、支架选型等进行介绍，结合生产过程中遇到的问题及解决方案，对复杂地质条件下的工作面过断层、顶板控制、事故预防提供了参考依据。