综采工作面中液压支护系统的顶板控制研究

张彦博

（山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿， 山西 吕梁 033602）

引言

目前，液压支护系统中顶板事故发生次数呈逐年下降态势，而顶板事故一旦发生，其事故死伤人数占据综采煤矿各类事故中首位。因此，有效针对综采工作面中液压支护系统进行顶板控制，对我国煤矿的安全生产有一定的保障作用[1]。

1 顶板管理方法

顶板管理主要根据工作面支架种类和布置方式进行设计，结合工作面煤层和顶底板岩层具体情况，合理确立工作面支护设计方案，以此来确保顶板控制的安全进行[2]。以斜沟煤矿18503综采工作面为例，工作面顶底板情况见表1。

表1 煤层顶底板情况

根据工作面顶板特征，确定采煤工作面采用ZY7600/23/47掩护式液压支架支护顶板，所有支架要接顶严实，初撑力不低于泵站压力的80%，泵站压力不小于31.5MPa，支架中心距为1.75m，工作面安装支架175台。两巷超前采用液压单体支柱支护，采空区采用全部跨落法管理顶板。

另外，对于特殊条件下的顶板管理也有着一定的要求，具体内容如下：

1）在综采工作面中，顶板发生破碎，需行移架，而且必须进行及时处理，支护须提前完成，所支护的范围需在顶板破碎段上三个架、下三个架。

2）在综采工作面中，顶板发生破碎，支架顶梁前顶板冒落高度＞300mm，须及时行构顶，且需要提前建立构顶安全技术措施。

3）若顶帮压力大时，片帮出现端面距大于规定值时，须行提前移架。

4）若顶板遇风化带时，则需要另外制定安全技术措施。

2 顶板事故分类

顶板事故通常按冒顶范围分为两类，一是局部冒顶，二是大型冒顶。在3～5支架范围内属于局部冒顶，一般死伤人数在1～2人，多在煤壁附近出现该类现象，另外采场两端、放顶线附近以及地质破坏带附近也有可能出现这种局部冒顶事故。大型冒顶的发生，往往波及范围较大，且死伤人数通常在3人以上。在综采生产过程中，大型冒顶事故发生的次数相比低于局部冒顶事故，局部冒顶事故约占采场冒顶事故的70%。因此，局部冒顶危害较大，本文重点研究局部冒顶事故。局部冒顶有三种情况，第一种原因是存在密集裂隙切割使直接顶分割成了游离岩块。第二种原因是旧顶的施压，煤壁产生片帮，无支护空间被扩大。第三种原因是放顶煤开采，顶煤发生破碎后游离产生冒顶。

3 局部冒顶事故的致因及防治措施

在煤层中出现多处裂隙相交的现象，这种现象相互影响,使得直接顶分割成游离岩块，且容易发生脱落，经采煤机割煤后，出现落煤，再加之没有及时进行支护，岩块游离后容易冒落砸人，局部冒顶事故也由此发生。局部冒顶的防治措施归纳如下。

3.1 采用有效的支护方式

3.1.1 两端头维护

1）刮板输送机机尾支护，采用型号为ZYG7600/23/47的掩护式端头液压支架与戴帽单体液压支柱联合支护的形式，主要是对工作面机尾端头进行维护。具体要求数值为机尾第1架与煤柱帮距离控制在400～1 000mm。另外，对支设单排戴帽液压支柱也有一定要求，比如排距控制在1 200mm，柱距控制在400mm。在机尾第1架与煤柱帮距离＞1 000 mm时支设双排戴帽单体液压支柱，排距与柱距分别控制为1 200mm与400mm。

2）两端头维护在对刮板输送机机头支护时，掩护式端头液压支架与戴帽单体液压支柱联合支护所用型号同上刮板输送机机尾支护。机头端头第一架与煤柱帮距离400～1000mm时，支设单排戴帽液压支柱控制排距为1 200mm，柱距控制在400mm。支设双排戴帽单体液压支柱则在机头端头第一架与煤柱帮距离＞1 000mm时，排距与柱距分别控制为1 200mm与 400mm[3-4]。

3.1.2 两巷超前支护

确定两巷超前支护工作范围，通常按照规定将工作面煤壁起的20m范围内加之顶板来压，这一顶板来压源自巷道，须行加密支护。

皮带处的支护方式为两排戴帽单体液压支柱，巷道超前支护其柱距控制为1.2m，排距控制为3.4m，巷道两帮与戴帽点柱距控制为0.8m。单体液压支柱统一打成直线，柱帽为Φ315mm的聚乙烯树脂。硬连杆连接用于单体支柱之间，防倒链连接应用于柱头与柱帽，柱帽专设的柱爪孔内必须全部嵌入柱爪，柱帽和顶网之间需用金属链锚固。工作面支护布置示意图，见图1。

3.2 设置合理的放顶步距

科学合理的设置放顶步距能够有效预防冒顶事故的发生，保证采煤工作面的回采效率，同时对煤矿开采工作人员的人身安全起到保障作用。故合理设置采煤工作面的放顶步距可以使采空区的悬挂空间及长度得到保证，减轻工作面顶板承受的压力，同时也使得悬顶下降的速度加快，有效减少裂缝出现的频率，避免顶板出现坍塌情况给工作面正常生产带来不利影响。所以，必须适当调整间距来保证采煤工作面的安全，使顶板的压力减轻，避免顶板因承受过多压力造成的冒顶事故。

图1 18503综采工作面支护布置示意图（mm）

4 发生冒顶事故区域采取的措施

在工作面中发生冒顶事故，工作人员要根据现场的具体情况立即制定相应的措施。一般可通过利用三架一组的方式，将架间距控制在科学合理的范围内，使其和工作面呈现出特定的方向，同时做好三架抬棚工作。充分发挥顶板的支护作用，在顶板稳定时铺设金属网加固，并清理相关杂物。

5 结语

针对综采工作面中液压支护系统的顶板控制，需要进行设计与调查，对容易发生冒顶事故处，可采取多元的方式进行支护，以防止冒顶现象的发生，保障采煤工人的人身安全，最终实现综采的安全高效运行目标。另外，未来还需不断加强对综采工作面中液压支护系统顶板控制领域的研究，以期更好服务于采煤工作[5]。