大倾角“三软”煤层炮采工作面顶板事故的原因分析及对策

王云河

摘 要：代池坝煤矿所赋煤层倾角较大，一般在38°-55°之间，其中9号煤层顶底板较软，在顶板管理、矿压显现规律等方面都具有一定的特性。本文通过对大倾角软顶软底煤层炮采工作面顶板事故的类型、矿压显现特征，以及顶板事故原因等进行分析，总结了工作面顶板事故的活动规律，提出了有效防治的方法。

关键词：软顶软底；工作面；事故；对策

中图分类号：TD355.4 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）01-0161-02

1 引言

在顶软、底软、煤软的“三软”条件下，煤层倾角大于35°的炮采工作面，开采时在生产管理与安全管理上存在较大的难度。首先是由于煤壁易片帮，顶板破碎、断裂，易漏顶，导致冲倒支柱，老塘窜矸等事故。其次是支柱易钻底，其初撑力和工作阻力偏小，支柱稳定性差，易造成推墩。另外工人操作难度加大，作业时间增长，因此，三软炮采工作面顶板防治成为亟待解决的问题。

2 地质特征

代池坝煤矿3966炮采工作面位于306采区+320～+391m区段石門以东9#-1煤层中，上部的3964工作面已回采完毕，西部的3965工作面未布置，采用俯伪斜走向长壁分段密集采煤法开采。该面9#-1煤层为单斜构造，直接顶板层理发育，底板岩层松软，含大量透镜体。直接顶为灰黑色薄层状泥岩，厚0.5m，普氏硬度3.5；直接底为灰黑色薄层状泥岩夹煤线，厚3.0m，普氏硬度2.5，属于典型的“三软”煤层。

3966炮采工作面在回采过程中，由于顶底板较软，单体支柱钻底严重，致使工作面支柱初撑力及工作阻力偏低，从而导致推墩事故常有发生，给安全生产带来严重影响。

3 顶板事故类型

3.1 推垮型冒顶事故

这类事故通常发生于复合型直接顶条件下的采煤工作面，在顶板事故中占较大比重。其特点是：事故发生前，采煤工作面顶板压力变化不大，顶底板移近量增长不大，顶板岩层之间存在明显的弱面，粘结力差，在控顶区煤壁附近，直接顶中裂缝明显可见。事故的发生多由采煤工序（如放炮、放顶）所致，造成煤壁附近的顶板破碎、断裂、片帮等，随之造成顶板沿倾斜方向滑动，发生推垮事故[1]。

3.2 压垮型冒顶事故

这类事故大多发生在工作面老顶初次来压或周期来压期间，约占冒顶事故的7%左右，次数虽然不多，但其造成的损失严重。其特点是：来压前顶板稳定，来压时采煤工作面煤壁片帮加剧，顶板沿煤壁断裂，呈台阶状况急剧下沉，采空区悬顶掉渣，支柱活柱急剧下缩、失稳，最终酿成事故。

3.3 漏垮型冒顶事故

发生这类事故的工作面顶板岩层比较松散、破碎或由粘结性较差的再生顶板、伪顶等组成。由于煤层倾角较大，未能及时、有效地控制住顶板，如工作面中某处发生局部漏顶或掉渣，则在顶板上部悬空后，就会因支架失稳而发生冒顶事故。

3.4 冲垮型冒顶事故

这类事故大多数发生在顶板较坚硬的大倾角采煤工作面。由于采空区悬顶较大或回柱放顶时，回柱后放下或冒落的大块顶板岩石沿倾斜方向向下移动，冲倒工作面支柱而酿成事故。

4 矿压显现特征及支护原则

4.1 矿压显现

炮采工作面回柱放顶后，垮落下来的矸石会沿煤层底板移动下滑至工作面下部采空区内，煤层倾角越大，矸石移动下滑越明显，采煤工作面下部采空区充填得就越充分，该处对直接顶的支撑作用就越强。而工作面上部，因垮落矸石移动下滑，形成大面积悬顶自由空间，该区域煤壁片帮、顶板下沉的现象将会变得更加明显，因此要求采煤工作面支柱具有更高的稳定性和承载能力。矸石对工作面顶板的支撑力由下而上逐渐变小，中部偏大，从而导致大倾角采煤工作面沿倾斜方向单体支柱的承载状况的不均匀。一般来说，工作面上部支架承受的载荷最大，下部次之，中部最小。因此，在实际生产中，必须加强工作面中部的支护质量。

4.2 支护原则

支护参数及支护形式满足“护”“稳”“控”三个方面的要求：（1）护：顶板管理采取支护相结合，以护为主的措施最大限度的消除片、抽、漏、冒事故。（2）稳：使支柱有足够的稳定性，支护系统保持必要的刚度，支柱具有良好的增阻性能，杜绝推垮型事故的发生。（3）控：控制支柱钻底量，控制顶板离层和底板下滑，使顶底板处于良好的被支撑状态。

5 事故原因

从发生事故的采煤工作面顶板状况来看，支柱的初撑力与工作阻力偏低，控顶距过大是顶板事故的直接原因[2]。

5.1 支柱初撑力过低

通过对工作面矿压观测的统计结果分析表明，工作面支柱的初撑力在45—80KN之间的约占70%以上，远远达不到单体液压支柱的设计初撑力（90KN）的标准。究其原因，主要是支护系统的刚度不够、注液时间短、工人操作不规范、煤层底板比较松软、支柱钻底严重等原因，是导致直接顶离层，酿成冒顶事故。

5.2 支柱工作阻力达不到设计要求

据对工作面的矿压观测结果分析，支柱工作阻力在150KN以下的占65%左右，大于200KN的不足30%。可以看出，开采软底软顶煤层采煤工作面的支柱，大多处在低于设计工作阻力状态。液压支柱的初撑力对其工作阻力有直接影响，初撑力大于90KN的，其工作阻力均能达到额定工作阻力，而初撑力小于50KN的，基本上处于微增阻的工作状态。另外，漏液也是导致单体支柱工作阻力与采煤工作面支护质量达不到设计要求的重要原因。漏液与否主要取决于活柱的接触面、活柱表面、柱筒，以及与三用阀的接触面的维修保养状况。

5.3 控顶距过大或顶板未得到及时支护

工作面控顶距过大或顶板未得到及时支护，可导致顶板下沉和直接顶过早离层，从而造成顶板破碎，直至冒顶。

6 防治措施endprint

3966工作面要做到安全开采，必须解决好以下两个关键问题：一是要加强采煤工作面工程质量管理，严格按照《回采作业规程》的支护设计与工艺要求进行组织生产；二是要解决顶板管理方面的各种重大的技术难题，如因矿山压力显现特征的变化，工作面顶板管理如何适应的问题；如何提高支护强度等问题[3]。

6.1 技术措施

（1）正确认识所采煤层的顶板来压规律，是预防工作面顶板事故的关键。如何保证支护体系在围岩系统中充分发挥其作用，必须针对所开采煤层的地质条件，来合理的进行支护设计，是预防顶板事故的可靠手段。矿压观测结果表明，隨着煤层倾角的增大，支柱载荷变小，因此直接顶的稳定性主要依靠其自承能力来维持。（2）对破碎松软的直接顶，由于其自承能力较差，下滑趋势明显，所以在大倾角煤层采煤工作面中，除要求工作面支柱应有足够的工作阻力外，还应具备有抵抗底板下滑的工作阻力。既要保证整个工作面的支护体系安全可靠，又要及时地加强局部地段的支护工作，以便有效地防止漏垮型顶板事故的发生，最终实现工作面整体的稳定性和安全状况。（3）对复合型顶板，要坚持“支、护”并重的作法，尽可能避免直接顶过早离层。为有效地防止推垮型事故发生，提高支柱的初撑力尤为重要。对底板松软的采煤工作面，支柱必须穿柱鞋，有效提高工作面支柱的支撑能力。

6.2 工程质量管理

（1）要切实搞好采煤工作面支护质量监测与顶板安全状况评估工作，按《回采工作面作业规程》的支护设计与工艺要求进行组织施工，不使用不合格的支柱和支护材料，以确保工作面工程质量符合设计要求。（2）严格爆破参数，装药量不宜过多，尽量减少炮震对顶板的破坏，确保合理的控顶距，加强二次注液，必须做到先支后回。（3）由于底板松软，支柱易钻底，在回收支柱前安排专人清收浮煤、浮矸，即可保证回收支柱方便，也可提高煤炭资源回收率。

6.3 特殊支护工作

（1）初次放顶、初次来压、周期来压期间，要加强特殊支护，打好双排走向密集支柱，堆码好矸石垫层，并认真抓好工作面的初次放顶与收尾时的顶板与回柱放顶工作。（2）工作面严格采用单体液压支柱配1.2m长的铰接顶梁支护，一梁二柱。分主副梁交替迈步前移，使煤壁端面距控制在有效范围之内，缩短了放炮后顶板的空顶时间。（3）工作面上段每间隔一个墩设置双排分段走向密集控顶，顶板破碎地段缩小其柱排距。

参考文献

[1]王孝勇，王发达.“三软”复杂煤层顶板支护实践与顶板控制技术[J].山东煤炭科技，2005，（6）：44.

[2]王杰.“三软”煤层顶板控制探析[J].中国科技纵横，2014，（21）：182.

[3]陈海荣.涟邵一平硐矿“三软”煤层开采支护技术的实践[J].矿业安全与环保，2006，（4）：54-55.endprint