综采工作面破碎顶板的回采技术研究

2022-09-12

前言

综采工作面产生的顶板破碎问题不仅会使煤矿回采的推进速度得到极大降低，而且会使液压支架的移架难度极大增加，严重时还会产生大型冒顶事故。因此，为了使综采工作面破碎顶板的回采工作具备较强的安全性，再与作业面的状况相结合，对造成顶板破碎失去稳定性的核心因素进行分析，并提出有效的措施来进行改善也越来越重要。

1. 综采工【面概况

某煤矿工作面的采煤层为15#煤，标高为+655.510-+684.340m，其倾斜和走向的可采长度分别设计为107和350m，其采高的平均值为2.75m，煤层所具有的倾斜角度为-3～3°;所开采的煤层大多是半金属光泽的亮煤，同时存在1-2层的夹矸，厚度介于0.1-0.6m之间。

采煤层不存在伪顶，直接顶处于该煤层的上端，是炭质泥岩，黑色，会伴随着煤层而落，厚度介于0-0.5m之间，平均为0.25m;老顶属于K2岩石，具有较强的硬度和稳定性，深灰色，生物屑微晶灰岩，其成分主要包含了动物化石和燧石团块，裂缝填充物为方解石，厚度介于7.2-9.87m，平均为8.63m。煤层的底部为泥岩，包含植物化石，局部相变属于泥质砂岩，厚度介于0.56-3.6m之间;基本底岩是灰色的铝质泥岩，其成分主要有植物化石与黄铁矿，厚度介于9.6-9.7m之间。

回采作业面有着十分复杂的地质构造，并且大多以断裂结构为主，根据周围已揭露巷道的围岩状况可判断出，当回采工作进行到15-150m的时候，将会碰见顶板破碎、水锈等问题。

2. 顶板破碎失稳分析

(1)地质结构较为复杂。该作业面所具有的地质结构较为复杂，不仅存在较多的断层，而且依据走向形成了较多的薄煤带，这就对顶板的整体性造成了影响。根据地质方面的材料可知，该作业面整体呈现出向斜构造，顶板具有十分集中的应力，导致顶板的破碎问题更为严重。

(2)承载力较为有限。该作业面的采煤层是15#煤层，并且该煤层中间包含了较为稳定的夹矸层，其厚度介于0.1-0.6m之间，节理缝隙具有较高的发育程度，且煤体不够坚硬。由于其承载力和自稳定性较为有限，使其不能承载煤层的顶板，在回采期间，煤体很难将超前支承应力传递到底板，进而会导致煤体变形等问题更为严重，导致顶板下方不具备较强的支承力。此外，顶板所具有的岩性大多以泥岩和砂质泥岩为核心，其裂隙不具备较高的发育程度，且不具备较高的强度，因此在回采过程中会经常发生顶板冒漏和煤壁片帮的现象。

(3)矿压作用。顶板在矿压及采动扰动的影响下会产生变形、破碎等问题，同时在某种程度上还可以降低支架前部煤体的强度及整体性，进而使上部顶板失去稳定性。通过统计分析可知，与非来压期相比，在来压期支架端部的顶板将会产生更高的冒漏率。重视矿山压力的相关规律，在来压期到来之前做好顶板控制工作。

(4)支架的工作状态。该作业面端头所采用的支架为ZT16000-16/30型。支架的工作状态与顶板冒漏的实际状况存在密切关系。根据支架工作中所产生的阻力变化状况可知，在回采期间支架始终没有达到最佳的支护状态，其初撑力的平均值仅仅是额定值的43.85%;工作阻力的平均值仅仅是额定值的70.40%;在来压期间所产生的阻力的平均值是其额定值的95.72%。因此，该支架无法对顶板进行较好的支承，特别是较低的初撑力很难对顶板上端的岩体进行支护，导致顶板产生变形、破碎等问题，进而产生煤壁片帮和顶板冒漏问题，从而导致顶板失去稳定性。此外，作业面掘进速度较慢也会使顶板遭到一定的破坏，特别是在过断层地带的时候，如果推进速度较慢，将会使顶板出现变形问题。

液压支架的核心参数详见表1。

3. 破碎顶板控制技术

(1)顶板挂网技术

为了使顶板具备较高的稳定性，且材料成本得以降低，与该回采面顶板破碎的实际情况相结合，根据破碎的不同程度来选择最恰当的方式进行挂网，其中对于完整度较高的顶板可以采用挂单层网片，而在来压期或者过构造带时应当挂双层网片。金属网片的长和宽分别为10m和1.5m，网片的制作材料则选用冷拔钢丝，其直径为2.2m。

(2)煤壁加固

在该作业面中，裂隙具有较高的发育程度，且煤体不具备较高的强度，在围岩应力的影响下极易产生片帮和冒落问题。通过对片帮问题进行统计分析可知，滑落和剪落是煤壁片帮的关键形式，并且会影响到顶板的支撑水平，尤其是片帮面积过大的时候，极易导致顶板出现沉落、冒漏等问题。对于以上这些问题，可以采取注浆和木锚杆的形式来提高煤壁的稳固性，其中注浆加固所发挥的作用是对片帮及顶板破碎较为严重的区域进行有效的处理，从而使煤体所具有的硬度和稳定性得到提升。而木锚杆加固所发挥的作用是对破碎问题不算严重的区域进行加固。木锚杆的设置形式为单排，存在300mm的间距。

(3)支架状态的优化技术

通过对采高及空顶进行严格的控制，及时配置相应的护帮板，并通过降低截深的形式来完善顶板支护工作，对于出现严重的煤壁片帮及顶板破碎问题的区域可以采用超前拉架的方法来进行移架处理。在实施移架及降架的过程中必须遵循擦顶移架的标准，同时保证顶板在此过程中具备相应的支撑能力。为了避免乳化液产生冒、滴、跑等问题，应当将支架的初承能力加以提升，同时强化系统的检测工作。

(4)矿压观测

在回采作业面的进风巷及出风巷安装相应的矿压监测系统，根据矿压所呈现的规律来辨别回采压力发生的改变，在周期来压之前，可以通过对矿压所呈现的规律进行检测分析，事先加固顶板及煤壁片帮，避免因支护工作不到位而产生空顶、冒落的问题。

4. 使用效果

对顶板的变形问题进行严格的控制是增强作业面回采安全性的主要措施。通过对顶板及片帮采取有效的技术措施，不仅可以使作业面的工作环境得到极大的改善，而且可以使因顶板加固和煤壁片帮所产生的成本极大降低。在提高回采速度、强化掘进效率等诸多方面发挥着十分重要的影响。通过对其进行计算可知，采用该技术可以使煤矿的产煤量得到较大提升，平均每月2万吨，使煤矿企业的经济效益得到极大提升。

摘要：为更好的保障综采工作面顺利回采破碎顶板，本文以山西煤炭运销集团某矿某综采工作面为例，研究了综采工作面回采破碎顶板技术，具体介绍了该矿综采工作面的实际状况，分析了对破碎顶板稳定性造成影响的关键因素，同时提出了进行顶板挂网，实施煤壁加固、优化顶板支护结构以及强化矿压观测等技术措施，实际应用结果表明，通过应用这些措施，可显著改善综采工作面生产状况，进一步提高回采效率，可为企业创造更多经济效益。

关键词：综采工作面,顶板,破碎原因,措施,煤壁加固