薄基岩下综采工作面压架原因及处理措施

周文勇

【摘 要】综采工作面由于受到各类因素的影响，特别是薄基岩的条件下，由于上部承载力弱，极易导致工作面压架和倒架现象，全国很多地区都发生过综采工作面压架倒架现象，为此有必要对综采工作面倒架的原因进行，并总结出倒架的防范措施及处理方法。

【关键词】薄基岩；压架；综采；原因；措施

1薄基岩条件下岩层运动规律的研究现状

国内对于薄基岩条件下岩层移动与控制方面的研究主要是在上世纪90年代初随着大柳塔煤矿某工作面压架事故的发生才开始的，而且研究主要集中在浅埋深、薄基岩条件下岩层运动的规律。西安矿业学院的侯忠杰教授以及黄庆享教授结合相似材料模拟、观测资料，采用有限元数值计算对厚松散层下浅埋煤层开采进行了分析：认为基岩破断及沿全厚切落是由剪切力造成的；整体台阶下沉造成冒落带高度增加，使覆岩三带发生了变化；浅埋薄基岩松散层顶不能形成稳定的切体梁结构；由于整体台阶下沉，常规的防砂岩柱经验公式在此不适应；工作面支护强度对基岩破坏及台阶下沉有明显影响。下面就某工作面实际来分析压架原因及处理措施。

2 工作面概况

某矿一综采工作面位于矿井东四采区东翼，倾斜长壁开采，面长130m，推进长度675 m，地质构造较为复杂。受构造应力作用，煤系砂岩裂隙局部发育，富水性和渗透性较差，主要接受上覆含水层的补给。第四系下部砂砾含水层组直接覆盖于煤系地层之上，层厚42.5 m，主要成分为石英岩、长石砂岩，粒径5～20 mm，结构松散。该含水层与煤层顶板砂岩裂隙通过断裂构造、风化裂隙、构造裂隙等发生一定的水力联系。

以上工作面压架时都伴随着顶板沿煤壁线以内切断，煤壁附近有明显的切落线，体现一定厚度范围内的顶板全厚度切落。同时顶板垮落时有较大的冲击力，支架因无法承受初次来压的冲击，而先后被压死，无法再组织生产，来压速度快、强度大，支架700～800mm的活柱，仅在10h左右支架即被压死，工作面顶板出现整体下沉，煤壁被整体压出产生位移500mm之多。

上述发生压架的工作面都是在巨厚松散承压含水层、薄基岩条件下进行开采。多起采场压架事故的发生，说明此地区采场在松散承压含水层、薄基岩条件下开采顶板破断运动规律有其特殊性，而现有的采场支护技术与支护管理不能完全适应采场覆岩结构运动规律。为了避免类似的采场压架事故的再次发生，有必要对该地区采场特定的覆岩结构与破断规律开展研究，找出导致采场压架的主要原因，提出相应的防治对策。

3工作面倒架原因分析

通过对该工作面压架时现场观察，发现工作面压架时煤壁上方有明显的顶板切落线、顶板出现台阶式下沉等现象，同时伴随着来压强度快、具有较强的冲击力等特征，所有工作面压架时出现的现象都说明了工作面顶板来压时属于一定范围内的岩体“全厚切落式”冒落。

压架的同时工作面的涌水量也相应的增大，地面水位常观孔的水位标高在工作面压架期间也明显的降低，对该工作面涌出水进行元素分析也发现水中含有“四含水”中的元素，所有这些都证明了工作面压架时工作面涌水量有了“四含水”承压水的介入，有裂隙发展到四含承压含水层。

该工作面顶板存在着多层关键层，由于该工作面是在薄基岩条件下进行开采，导致了多层关键层构成了复合效应；又由于松散承压含水层的存在，使表土层的载荷完全作用在关键层上，导致多层关键层破断时构成复合破断，工作面顶板形成一定范围内的岩层“全厚度切落式”矿压显现，顶板出现台阶下沉，来压强度大，速度快，具有较强的冲击力，来压的瞬间支架载荷剧增，因部分安全阀动作跟不上而不能迅速开启卸载，出现支架压死现象，失去承载能力。

在影响关键层复合破断的诸多因素中，关键层上覆载荷的作用方式以及基岩的厚度对关键层的复合破断有决定作用。关键层上覆作用载荷若为均布载荷，关键层极易构成复合破断；若关键层上覆载荷为表土层或岩层加载，由于在采动过程中表土层或岩层有成拱效应，作用在关键层上面的载荷就相对较小，关键层就不易发生复合破断，工作面也就不会发生一定范围内的岩层“全厚切落式”矿压显现特征。基岩的厚度较薄时，关键层也极易构成复合破断，当基岩的厚度增大到一定的程度，关键层就不会发生复合破断。

通过分析该工作面的开采条件完全符合在均布载荷（松散承压含水层）和薄基岩条件下开采，从而导致了该工作面顶板岩层中的关键层随着推进距的增加发生复合破断。因此，该工作面压架的主要原因是工作面顶板中的关键层发生复合破断，工作面顶板多层岩层发生“全厚切落式”垮落，超出工作面的支架的承载能力，发生意想不到的压架事故。

4处理工作面倒架措施

工作面压架的主要原因是工作面顶板中的关键层发生复合破断，一定范围内的岩层发生“全厚切落式” 垮落造成的。因此，防止类似该工作面采场压架的措施应该从两方面考虑：一方面是在工作面顶板中的关键层发生复合破断、顶板一定范围内岩层“全厚切落式”垮落时，工作面支架能够支撑切落岩层所产生的压力；另一方面是采取一切开采措施使工作面顶板岩层内的关键层不发生复合破断，顶板不发生一定范围内的岩层“全厚切落式”垮落。要做到这两方面，应该采取以下几种主要开采措施。

4.1 提高工作面的支护强度

提高工作面的支护强度主要目的是在工作面顶板中的关键层发生复合破断时，支架的支撑力能够支撑整体切落岩层所产生的压力，不至于发生支架压死现象。

工作面的支护强度直接影响到工作面支架的工作阻力和初撑力，提高工作面的支护强度对工作面安全生产至关重要。工作面的支护强度首先表现在工作面支架选型方面，目前我国支架选型主要是依据是工作面阻力，确定方法有两种：一是按传统的倍数岩重法和动载系数法估算其理论值：另一是根据实测矿压数据或相邻矿井的实际进行类比。这两种方法都没有考虑到工作面的具体情况，没有涉及到工作面顶板覆岩结构特征，一旦工作面顶板出现非常规冒落，工作面就会出现意料不到的压架事故发生，

4.2 缩短工作面的开采长度

从第二章理论分析可知，工作面的开采长度对工作面开采以后上面岩体的冒落高度有重要的影响，同时工作面开采长度对关键层复合破断有控制作用，因此，缩短工作面开采长度是控制顶板异常来压的有效因素之一。

4.3 疏干或疏降開采

疏干或疏降开采是指利用各种疏水工程和设备（如疏水井巷、大口径疏水钻孔、设置强排水设备等），将上覆水体疏干或将上覆含水层的水位疏降到开采水平以下。上覆水体水量较小、补给有限时，采取疏干措施；当上覆水体的水量较大、补给充足时，采取降水位措施。对于类似工作面在薄基岩、承压含水层下开采应采用疏干开采，一是可以降低工作面的涌水；二是可以降低水压，把作用在基岩上的载荷由均布载荷变成基岩或表土层加载

5 结束语

大采高综采工作面液压支架倾倒的因素很多，如地质条件、设备、管理等。实际工作中应加强对支架倾倒原因的分析和控制，根据不同的倒架原因，采取不同的措施。可以有效避免了工作面遭受巨大的损失，使大采高综采工作面真正发挥高产高效的作用，也为类似条件下工作面设备的防倒提供了宝贵经验。

（作者单位：内蒙古银宏能源开发有限公司泊江海子矿）