综采工作面回采破碎顶板技术研究与分析

作者简介：张宁波（1990.2—），男，汉族，陕西合阳人，本科学历;研究方向：煤矿开采技术。

摘 要： 研究破碎顶板的冒顶机理和规律，寻找解决破碎顶板的支护和控制措施十分重要。本文详细分析了破碎顶板冒顶机理，介绍了在实际生产中，破碎顶板的几种常见有效控制措施。

關键词： 综采工作面;破碎顶板;控制技术

【中图分类号】TD353 【文献标识码】A 【文章编号】1674-3733（2020）20-0217-01

综采工作面顶板的控制与支护，事关矿井安全和高效生产。其技术难度很大，主要分为坚硬顶板和破碎顶板控制，特别是破碎顶板，由于其整体性较差、稳定能力低、顶板岩层强度低、节理裂隙发育，维护相对比较困难[1]。在生产过程中，最容易发生局部冒顶事故，从而影响矿井安全生产。正因为局部冒顶范围比较小，往往容易被忽视，实际局部冒顶造成的伤亡很大。

1 破碎顶板冒顶机理分析

破碎顶板一般存在于地质构造相对复杂带，如断层、褶曲及节理裂隙地段，这些地质构造使工作面顶板下沉，随着采煤工作的进行节理裂隙发育将更严重，导致岩块破碎顶板强度变低，在高地压作用下顶板容易断裂，造成工作面局部冒顶事故。在煤层地质变动过程中，岩层在拉、挤及剪切力的共同作用下形成断层，使顶板完整性受到破坏，断层面周边顶板裂隙发育而破碎，使断层上、下盘间岩层失去粘结力，而且很多断层面同时又是导水裂隙，导水裂隙使断层面之间相互分离，其构造和残余应力使顶板原岩的应力大小和应力场分布发生根本性变化。在挤压力的作用下，煤层和岩层会变薄，同时顶板会形成很多节理裂隙，使顶板破碎，当采煤工作面通过顶板破碎带时，就容易发生局部冒顶。煤岩中的节理裂隙使顶板形成相对独立的岩块，这些独立的岩块很容易脱落，使支架失稳甚至倒架，进而发生大冒顶。当顶板存在含水层时，煤层中的斜裂隙会增加顶板淋水，降低直接顶岩石的强度，引起工作面片帮和局部冒顶事故。

2 工作面顶板控制技术

破碎顶板的控制重点就是防治局部冒顶事故，其主要技术措施有以下几方面：

2.1 带压擦顶移架。一般情况下，移架时需要先降架再移架，若采用这种方法很难保持破碎顶板的完整性。因此在工作面推进过程中需要带压擦破碎顶移架。其操作顺序为：先启动推拉千斤顶，然后逐渐卸载，移架时顶板与梁之间要保持一定大小的支撑阻力，确保顶板完整性，可有效避免顶板松动而垮落，起到控制顶板稳定的作用。

2.2 超前移架与支护。当采煤工作面通过破碎段时， 若出现局部地段片帮较深，可超前采煤机割煤移架并及时对采空区进行支护。当采煤机通过超前移架的支架时，要控制好采煤机防止其截齿破坏支架顶梁[2]。

2.3 平行工作面煤壁挑梁护顶。在工作面掘进过程中，若暴露的新顶板短时间内不会冒落，但当支架卸载移架时顶板冒落的可能性很大，可采取平行工作面挑梁护顶的措施进行防范，如图1。其操作流程为：先移顶板完整处的支架，在支架前梁上方沿平行煤壁的方向放置1根～2根3m～4m的木梁，由其挑住附近不完整的破碎顶板，然后再移破碎顶板处支架。若顶板破碎程度大，可在挑梁护顶的同时采用铺金属网等措施。

2.4 垂直工作面煤壁架棚护顶。在工作面掘进过程中，若顶板冒落严重、面积较大，以上措施难以保持顶板稳定，而且在顶板条件不适合将支架前梁降下而放置木梁时，可选择在相邻支架间超前架垂直于煤壁的一梁二柱的棚子进行护顶，同时在棚子下面架设1根～2根临时抬棚，抬棚与工作面平行，同时托住三架垂直于煤壁的棚梁。在移架过程中，先用一架托住棚梁，撤去影响移架的支柱，在两种棚梁的掩护下，相邻支架可顺利前移。

2.5 固结顶板。在实际生产中，当工作面通过顶板破碎段时，为提高顶板岩层稳定性，经常采用打孔注浆的方式来固结顶板。固结材料不同，固结的方法也不同，常采用水泥、聚氨酯及尿醛树酯等作为固结材料，固结方法有：a）药包法。先在顶板处钻孔其数量视顶板条件而定，然后用削尖的硬木杆将能发泡膨胀的合成树酯包送入孔内，旋转木杆使药包内两种成分均匀混合，最后封闭钻孔。发泡树酯可将木杆及煤岩中的裂隙与节理粘固;b）压注法。分为就地压注和长距离注浆管输入，可视情况选择，注浆流量、压力及注浆泵的转速也要根据煤岩层的实际情况来确定。首先钻孔，再将注浆管送入钻孔，启动2台注浆泵分别注入多异氰酸酯和多元醇聚迷浆液，通过输入管及三通接头注入液管混合器中混合，然后经封孔器进入钻孔中;c）喷涂法。其原理是借助风力将固结剂喷涂在破碎顶板上，合固结剂进入顶板裂缝中，从而起到固结顶板的效果。

2.6 锚固顶板。若破碎顶板层状结构较为明显，可向顶板打锚杆对顶板锚固，增强顶板稳定性。目前这种方法较为成熟，在实际生产中经常采用。

3 结束语

针对综采工作面发生冒顶的主要影响因素，并充分结合矿井的实际条件，建议可采用铺金属网、架走向梁、带压擦顶移架、加强职工培训及工作面顶板管理等措施，提出了工作面的顶板控制技术，从而确保工作面安全、高效生产。

参考文献

[1] 张喜成.综采工作面破碎顶板失稳分析及控制技术研究[J].山东煤炭科技，2020（03）：43-44+46.

[2] 张虎仕.综采工作面破碎顶板冒漏机理及控制研究[J].能源与节能，2019（11）：176-177.