复杂地质条件下分层开采人工假顶技术实践与应用

文/赵荣阔 梁国栋

徐矿集团张双楼煤矿东一延伸采区位于-1000m以下，埋深超千米，煤层赋存条件复杂，地质灾害较多。采区内主采二叠系山西组7煤、9煤，采用下行开采方式，煤层间距不均，局部消失形成7、9煤合成区，煤层厚度较大。对于这种地质条件复杂、合成区范围较小的采区，采用分层开采方法较为合理，同时要统筹考虑上下分层开采关系，上分层的开采要留设人工假顶，为下分层开采提供可靠的顶板条件。

为此，张双楼煤矿在74102工作面铺设人工假顶，在分析地质构造对假顶铺设影响的基础上，根据合成区煤厚分布、夹矸分布特征和相邻工作面接续，确定人工假顶布置方式，提出采用矿用高强聚酯纤维柔性网作为加强材料，并对矿用高强聚酯纤维柔性网现场施工工艺进行优化，实现了工作面的安全高效开采，并为下分层提供了稳定顶板条件，同时避免了人员进入煤壁区作业，提高了生产安全性。

一、工作面概况

74102工作面位于矿井东—-1000m延伸采区，工作面埋深-1010～-1122m，走向长1180m，倾斜长平均175.3m，最大倾角35°，顶板为泥岩，煤层厚度1.0～11.0m，平均约2.9m。东一-1000m延伸采区主采7煤和9煤，层间距约20～30m，呈由西向东逐渐减小的趋势，在74102运输巷回采进尺点767～1262m、轨道巷回采进尺点521～609.5m范围形成7、9煤合成区，合成区内煤层总厚度约11m。此外，工作面东部火成岩发育，发育区呈NE走向，带宽平均约150m，厚度平均约1.5m。

二、人工假顶方案

1.布置方案

合成区范围采用分层开采方式，上分层开采后顶板垮落压实后作为下分层开采工作面顶板，部分煤层顶板岩性较差，胶结性能弱，需铺设人工假顶辅助形成顶板。人工假顶铺设受合成区范围、开采布局、夹矸厚度等因素影响，主要铺设原则有：

（1）合成区范围煤层厚度大于4m 以上，需要采用分层开采方式回采的，且顶板岩性较差，需铺设人工假顶辅助重新形成顶板。

（2）根据相邻工作面布局，人工假顶铺设范围必须在下分层工作面设计回采区域范围内。根据矿井设计布局，该区共布置4个采煤工作面，分别为74102 工作面、74104 工作面、94102 工作面和94104 工作面，依次开采，74102 工作面揭露合成区范围均位于94102 工作面和94104 工作面上方。

（3）合成区范围内存在厚度超过1.0m 夹矸且上分层开采过程未破坏的，夹矸可作为下分层稳定顶板，该范围不需铺设人工假顶。

对合成区范围、 夹矸分布特征及工作面布置等因素综合考虑，在工作面回采进尺点760～1200m范围之间采用矿用高强聚酯纤维柔性网铺设人工假顶，走向长度440m，倾向长度约120m，铺设面积52800m2。

2.假顶材料选择

74102工作面顶板为破碎泥岩顶，同时面临大倾角等地质危害。因此，人工假顶在具有足够强度、耐腐蚀性前提下，要简化作业流程，提高铺网效率，减少在煤壁区逗留时间，降低工作面片帮、滚矸伤人风险，提高作业安全性。选用矿用高强聚酯纤维柔性网，具有以下优势：

（1）强度高。高强聚酯纤维柔性网面积大，一般2 块柔性网即可满足要求，能够有效避免金属菱形网因面积小导致的频繁连网过程中搭接点强度不足、易撕网烂网弱点。

（2）安全性高。能够有效降低煤壁区作业时间，保证大倾角防滚矸设施正常使用，提高安全性。

（3）效率高。一次连网后可连续推进10m，不需停机联网，有效避免了工时浪费，提高开机率，确保了工作面高效生产。

（4）劳动强度小。高强聚酯纤维柔性网重量轻，单位面积只有金属网的30%，采用机械运输，有效降低劳动强度。

三、工程应用

1.假顶材料性能及尺寸

根据工作面实际情况，可定制网的长度。74102工作面原班进尺1.8m，选取走向长度20m的柔性网，平均10天左右延一次网。工作面倾向铺网长度120m，考虑到运输因素，采用两片矿用高强聚酯纤维柔性网，每片倾向长度为63m，两片柔性网搭接长度不小于6m。矿用高强聚酯纤维柔性网主要技术性能见表1。

表1 矿用高强聚酯纤维柔性网主要技术性能

2.工艺优化

柔性网铺网工艺主要分挂网，吊网、割煤，移架。

（1）挂网。将网卷边挑至顶板，然后将绞盘上的钢丝绳穿过定滑轮，从网卷下方绕过，并将钢丝绳上的钩头挂在柔性网经纬向交汇处或网边的钢丝绳上。奇数架采用钢丝绳钩头与网边的钢丝绳扣在一起，偶数架采用钢丝绳钩头挂在网经纬向交汇处，以确保绞盘上的钢丝绳摘钩重复使用。上网过程中将护帮板收回，网边由人工提起，用护帮板将网边压住挑起。

（2）吊网、割煤。人工用双股铁丝与顶板上引网的菱形网连接起来，网卷由绞盘上的钢丝绳悬吊起后，用手拉葫芦分别与整个网卷的两端及两段网卷搭接处连接，将网卷拉直，防止网卷向下滑，确保支架护帮板全部收回，从机头往机尾10个手动绞盘一起摇动，将网吊起置于支架护帮板下拉紧，防止采煤机割网、刮网。

（3）移架。割完一刀煤后，松开绞盘上的钢丝绳，将网片下落一段，逐架推移支架，支架操作工和煤机司机要密切配合，控制好移架的速度，匀速操作，防止支架将网片顶破，支架推移后，用手动绞盘将网片摇起，重复割煤、放网、移架、收网、割煤程序，直到工作面停采。

四、结论

74102工作面地质条件复杂，面临7、9煤合成区、大倾角、火侵煤层等地质构造，根据合成区范围、夹矸分布特征及工作面接续布置等因素，在工作面回采进尺点760～1200m之间、机尾向下120m范围铺设人工假顶。采用矿用高强聚酯纤维柔性网作为假顶材料，其铺网整体性强、强度高、施工简单，降低了人工作业劳动强度，在过火成岩等复杂条件下提高了生产效率，实现了高产高效。同时，降低了人员进入煤壁区作业的时间，避免了煤壁片帮、滚矸伤人等意外伤害情况的出现概率，提高了安全保障程度。