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综采工作面过断层时的顶板控制措施

发表时间：2020/11/17 来源：《基层建设》2020年第22期作者：张园

[导读] 摘要：综采工作面遇断层带时，受构造应力、回采应力等影响工作面出现顶板破碎、煤壁片帮、端面距加大以及工作面超前区顶板断裂等现象。

        山东能源临沂矿业集团菏泽煤电有限公司彭庄煤矿山东菏泽 274700
        摘要：综采工作面遇断层带时，受构造应力、回采应力等影响工作面出现顶板破碎、煤壁片帮、端面距加大以及工作面超前区顶板断裂等现象。液压支架在断层破碎区支护时，对破碎区顶板无法产生足够的工作阻力，支护效果差，且支架移架时很容易发生顶板冒落、倒架等事故，威胁工作面安全回采。综采工作面过断层时，必须根据实际情况采取合理有效的断层带顶板控制措施。
        关键词：综采；断层；联合；支护
        引言
        煤炭作为我国最重要的能源资源，在国民经济发展中占据着十分重要的地位，随着对煤炭综采效率要求的不断增加，煤矿综采作业过程中发生事故的概率也不断的加大，据统计因综采作业过程中顶板垮塌造成的事故占据了煤矿井下总事故量的40%以上，已经成为影响煤矿井下综采作业效率和安全的最大不稳定性因素。传统的煤矿井下巷道顶板支护主要是根据经验对薄弱位置进行支撑，但由于煤矿井下地质条件复杂，在综采扰动或者巷道顶板来压波动的影响下极易造成支护失稳，而且传统支护方案也存在着支护不合理、支护作业效率低下的问题，给煤矿井下综采作业的安全性和效率均造成了较大的影响[1]。
        1工作面端面顶板破碎原因
        1.1支架支护效果差
        在断层破碎带区支架顶梁对破碎顶板进行支护时，顶梁产生的垂直向上工作阻力进一步加剧了顶板破碎力度，支架阻力越大顶板破碎越严重，造成支架顶梁上方破碎煤体向支架顶梁前、后方移动，导致支架顶梁上方出现镂空现象，支架对顶板支护效果差。
        1.2地质构造影响
        1302工作面水文地质资料显示，在工作面422~465m处北侧35m存在一条FS-403-3正断层，断层落差为0~13m，倾角为56°。工作面与断层之间保安煤柱主要以13#煤及炭质泥岩为主，保安煤柱在该断层应力作用下出现煤柱破碎、变形，从而导致回风顺槽顶板出现裂隙，且向工作面顶板延伸，破坏了尾部顶板稳定性。
        1.3超前区顶板断裂
        工作面在回采时，在工作面前方5~10m范围内产生超前应力区，超前应力对工作面超前顶板产生破坏作用。当过断层带时，位于运输顺槽侧煤柱支撑作用力低时，很容易在超前区出现顶板断裂现象，且随着工作面前移，断裂区沿工作面走向方向不断延伸，工作面回采至顶板断裂区时顶板破碎更加严重。
        1.4上覆采空区影响
        1302工作面上覆为12#层南一1202和南一1203工作面采空区，12层煤与13层煤在工作面东侧最大间距10.70m，西侧最小间距2.70m，工作面与12煤层平均间距6.94m。在1302工作面尾部与上覆采空区间距为4.27m，受上覆采空区残余应力影响，顶板集中应力大，破坏严重。
        2断层带处顶板控制措施
        2.1巷内辅助加强支护
        为了提升煤矿井下综采面顶板在综采扰动及矿压波动下的稳定性，本文提出了一种新的巷道内辅助加强支护方案，该支护方案实质上是在巷道顶板处设置一个辅助加强液压支架，通过立柱来对支架的顶梁和底座进行联系和支撑[3]，在机构上增加一个四连杆机构来加强支护支架在受力时的抗变形能力，同时在液压支架间采用推移千斤顶进行连接支护，实现辅助液压支架支护过程中的整体移位，有效提升了支护时的效率和稳定性。

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该辅助液压支架支护时，采用两列并排支护方案，便于灵活的根据进行地质情况进行拆分和组合，在顶梁位置可以和型钢一起使用，增加和顶板接触面积，从而有效确保了该辅助支护方案在各类地形条件下应用的可靠性.
        2.2支架工程质量动态控制
        （1）支架升平，严禁“高射炮”。从大量的顶板事故分析：发生冒顶事故的地点支架多为“高射炮”支撑状态，即支架仰角过大，发生顶板事故的地段一般情况下煤体酥软，顶板破碎，割过煤后酥软煤体直接冒落，支架前梁上方处于空载状态，而且还造成架间错差增大，煤帮裸露面积增大，支架对顶板受力不均匀，造成煤帮承载过大，极易发生煤帮片帮、煤壁抽条，引发顶板冒落。支架的良好支撑状态，必须是前、后柱升平，顶梁、前梁升成同一水平，以增大支架对顶板的支撑面，保证支架对顶板的良好接顶性能，才能保证顶板的稳定性。
        2.3煤层深孔爆破预裂
        （1）通过对煤层和直接顶之间的界面施工深孔，进行定向爆破，在不破坏直接顶的作用下，在煤层与直接顶之间产生裂隙，裂隙与工作面煤层平行，放煤时在裂隙作用下煤层与直接顶充分脱落。（2）工作面回采至800m，在工作面前方5.0m处的回风顺槽侧煤壁施工三个爆破预裂孔。第一个终孔位置距运输顺槽15m，第二个终孔位置距运输顺槽10m，第三个终孔距运输顺槽5.0m。所有预裂孔终孔位于煤层与直接顶界面处，每组预裂孔水平投影在同一条直线上，每隔10m施工一组预裂孔。（3）爆破预裂孔施工完成后，对同一组预裂孔内填装一根长度为1.0m定向聚能管，在聚能管两侧各均匀焊制4个直径为10mm圆孔。每个聚能管内填装一支矿用乳化炸药及毫秒延期电雷管，每组预裂孔每次允许爆破孔数为1个，且从里向外依次爆破。
        2.4柔性恒阻锚索棚支护
        当工作面端面距大于1.0m时，需在工作面端面处施工柔性恒阻锚索棚支护，从而对端面破碎顶板进行有效控制。（1）柔性恒阻锚索棚支护主要由两根长度为6.0m、直径为22mm恒阻锚索以及一根柔性托棚组成。每架柔性托棚主要由10根长度为3.0m、直径为12mm圆钢焊制而成。（2）柔性恒阻锚索棚支护与工作面顶板平行布置。首先在工作面端面破碎顶板处施工两根恒阻锚索，锚索垂直顶板布置，布置间距为1.7m，两根锚索分别施工在相邻两架支架中间。
        结束语
        为了解决煤矿井下巷道顶板支护效率低、稳定性差给煤矿井下的综采作业安全造成了严重的隐患的现状，本文在对顶板应力分布趋势进行分析的基础上，提出了一种新的煤矿井下综采面顶板控制方案，根据实际应用表明：1）随着综采作业的进行，采空区上的应力为低于初始应力的应力降低区域，采空区两侧的煤层和综采面的前方由于承受了顶板的重力因此内部的应力增加，为高应力支撑区域。2）采用巷内辅助加强和锚网支护方案能够有效的提升井下巷道顶板的支护稳定性。3）在新的支护方式下，围岩波动对顶板的影响范围比常规支护下的影响范围降低了约21%，离综采面越近受综采波动的影响就越大，最大变形量约为497mm，比常规支护下的变形量降低了33.6%，表现出了极高的支护稳定性。
        参考文献
        [1]刘洪飞.综采工作面遇破碎顶板现场控制与管理[J].煤炭工程,2018,50 (S1):91-93.
        [2]牛积战.综采工作面采场破碎顶板控制技术研究[J].河南科技,2018 (35):84-86.
        [3]常昭昭.综采工作面顶板控制技术分析[J].内蒙古煤炭经济2018(16): 121-122.
        [4]张彦博.综采工作面中液压支护系统的顶板控制研究[J].机械管理开发,2018,33(08):268-269.
        [5]郭太斌.综采工作面过断层顶板控制措施研究[J].山东煤炭科技, 2018(07):16-17.