李繼勇，韓玉林

（1.汾西礦業(yè)正新煤焦有限責(zé)任公司，山西 沁源 046500；2.汾西礦業(yè)集團(tuán)公司技術(shù)中心，山西 介休 032000）

我國(guó)有許多礦區(qū)都在開(kāi)采“三軟”煤層。一般將頂板軟、底板軟、煤層軟的煤層稱(chēng)為“三軟”煤層，其特點(diǎn)是煤層及枯頂?shù)装寰哂锌伤苄?、膨脹性、崩解性和流變性等特性?！叭洝泵簩邮怪ёo(hù)系統(tǒng)剛度降低，導(dǎo)致頂板的過(guò)度下沉，造成頂板破碎，給回采及頂板管理帶來(lái)諸多難題。同時(shí)，因復(fù)合頂板存在，易發(fā)生大范圍的漏垮型頂板冒落，給安全生產(chǎn)造成極大的威脅。紫金煤礦“三軟”的2號(hào)煤層中采用綜采設(shè)備進(jìn)行回采，在松軟煤層頂板管理及漏垮型冒頂預(yù)防和處理方面摸索出一些方法。

1 “三軟”煤層礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

通過(guò)長(zhǎng)期對(duì)礦壓觀測(cè)資料分析及實(shí)踐表明，在“三軟”煤層中工作面端面頂板破碎度的大小反映了直接頂板穩(wěn)定性和支架對(duì)直接頂?shù)目刂菩Ч?。礦壓顯現(xiàn)規(guī)律：

（1）端面頂板破碎度隨著時(shí)間的推移而變化，有時(shí)支架端面頂板破碎度由平時(shí)的9.5 %增大到24 %。工作面初次來(lái)壓時(shí)，“三軟”煤層的頂板變得極為破碎，使煤壁內(nèi)部承受壓力較大，頂板下沉量加大，有時(shí)煤壁頂板的臺(tái)階下沉量達(dá)到 200 mm～400 mm。直接頂板被擠壓破壞，使液壓支架前移變得十分困難，只有降架前移，到位后升架，反復(fù)支撐已破碎離層的頂板。

（2）工作面頂板來(lái)壓時(shí)煤壁片幫嚴(yán)重，煤壁的片幫深度能由原來(lái)的330 mm增大到950 mm；片幫長(zhǎng)度由占工作面長(zhǎng)度的7.9 %增大到19 %。有時(shí)可達(dá)60 %～70 %，工作面上半部的煤不需要截割即自行垮落。液壓支架立柱的壓力明顯的增加，多數(shù)支架呈現(xiàn)急增阻，工作面中部支架立柱下腔的壓力達(dá)到 20 MPa～27 MPa，立柱的加權(quán)工作阻力為630 kN/根～850 kN/根。

（3）割煤和移架 2 道主要生產(chǎn)工序?qū)敯逑鲁亮坑休^大影響：①采煤機(jī)在過(guò)測(cè)點(diǎn)5 m～10 m，移架在距測(cè)點(diǎn)3 m～5 m位移段內(nèi)影響較大，頂板下沉量和下沉速度急劇增加；②采煤機(jī)過(guò)測(cè)點(diǎn)8 m～10 m，移架至測(cè)點(diǎn)附近時(shí)，頂板下沉量和頂板下沉速度達(dá)到最大值，之后頂板下沉量和頂板下沉速度趨緩；③采煤機(jī)接近測(cè)點(diǎn)時(shí)的頂板下沉量是移架接近測(cè)點(diǎn)時(shí)的1/9，移架接近測(cè)點(diǎn)時(shí)頂板下沉量的影響峰值約是平時(shí)的13倍。

2 “三軟”煤層工作面架前冒頂及煤壁片幫的成因分析

在“三軟”煤層綜采工作面中，架前冒頂及煤壁片幫的原因主要有自然條件因素和人為回采因素。

2.1 自然條件因素

2.1.1 頂板初次來(lái)壓和周期來(lái)壓的影響

綜采面由切眼開(kāi)始推進(jìn)，當(dāng)基本頂初次斷裂垮落及周期性的折斷時(shí)，將加劇工作面煤壁片幫及架前冒頂現(xiàn)象。

2.1.2 地質(zhì)構(gòu)造方面的原因

煤層節(jié)理方向與工作面方向夾角小于30 °時(shí)，工作面片幫嚴(yán)重，造成端面距較大，梁端距裸露的頂板沒(méi)有及時(shí)支護(hù)，很容易發(fā)生架前漏頂；工作面過(guò)斷層破碎帶時(shí)，由于斷層破壞了工作面頂板的完整性，容易造成架前煤壁的片幫及冒頂。

2.1.3 水的影響

工作面有淋水時(shí)，煤巖層受水的浸泡變軟，從而減小了煤巖的抗壓強(qiáng)度，同時(shí)水浸也致使頂板離層，變松甚至冒落。

2.1.4 軟底板的影響

煤層底板遇到水變軟，造成支架底座鉆底，移架困難，煤幫與頂板得不到及時(shí)支護(hù)而造成片幫、冒頂；同時(shí)底板松軟，降低支架整體支護(hù)剛度，加劇圍巖的變形。

2.2 人為回采因素

2.2.1 采高的影響

綜采工作面采高過(guò)高，超過(guò)支架的最大支撐高度，頂板離層，下沉，導(dǎo)致架前冒頂。

2.2.2 推進(jìn)度的影響

工作面推進(jìn)度越慢，維護(hù)時(shí)間越長(zhǎng)，煤體越易被壓松，造成煤壁片幫，架前冒頂。

2.2.3 移架速度和操作的影響

實(shí)際工作中往往不能?chē)?yán)格按割煤→移架→推溜的回采工序作業(yè)。當(dāng)移架速度跟不上采煤機(jī)速度時(shí)，不能及時(shí)移架支護(hù)幫頂；對(duì)局部超前片幫漏頂不能及時(shí)移超前支護(hù)，造成新暴露出來(lái)的頂板空頂面積增大，空頂時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。液壓支架反復(fù)升降的影響：工作面底板不平、支架相互擠壓、架前浮煤過(guò)多等原因造成移架阻力過(guò)大，一次不能將支架移到位，需多次升降。反復(fù)升降支架，人為地破壞了工作面頂板完整性，容易引起架前冒落。

2.2.4 梁端距的影響

初撐力因素的影響：支架閥組泄漏或操作上的原因造成支架初撐力低。由于初撐力低，不易使頂板壓力在最初就取得平衡，產(chǎn)生離層現(xiàn)象，當(dāng)頂板壓力從不平衡狀態(tài)向平衡狀態(tài)發(fā)展時(shí)，造成煤壁壓力增加，促使煤壁片幫和架前冒頂。這是造成煤壁片幫冒頂?shù)闹匾蛩刂弧?/p>

2.2.5 割煤質(zhì)量的影響

工作面采煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，割煤質(zhì)量不好，造成頂?shù)装宀黄剑怪Ъ懿荒苡行У刂雾敯?，容易引起架前冒落?/p>

2.2.6 處理片幫的影響

工作面發(fā)生片幫、冒頂時(shí)，一般采用垂直于工作面煤壁架棚梁護(hù)頂或垂直于工作面煤壁架梁護(hù)頂，工作量較大，時(shí)間延續(xù)長(zhǎng)，煤壁長(zhǎng)時(shí)間受壓后向兩側(cè)擴(kuò)展，會(huì)引起更大的片幫冒頂現(xiàn)象。

3 預(yù)防片幫冒頂措施

3.1 工作面兩巷頂板管理

（1）工作面上下端頭煤壁三角處因受兩巷及工作面采動(dòng)影響，壓力大，易發(fā)生片幫冒頂。在工作面上下端頭煤壁三角處架設(shè)斜跨棚和順山棚，架棚寬度達(dá)到?jīng)]破碎的煤壁為止，架棚過(guò)程中要及時(shí)背幫、過(guò)頂，加強(qiáng)端頭頂板管理。上下順槽均采用錨梁網(wǎng)支護(hù)，跨工作面機(jī)頭、機(jī)尾用6.5 m長(zhǎng)11#工字鋼設(shè)雙排挑棚，一梁四柱，隨機(jī)頭、機(jī)尾交替邁步前移。上下隅角受錨梁網(wǎng)支護(hù)影響，工作面過(guò)后上下隅角不能及時(shí)充分冒落，可超前工作面煤壁5 m提前將錨索退錨，在上下隅角切頂線處用單體加補(bǔ)密集切頂點(diǎn)柱，用材料將上下隅角充填實(shí)。

（2）加大工作面兩巷的超前支護(hù)距離，由原設(shè)計(jì)的兩排增加為三排，增設(shè)柱鞋，加大與底板的接觸面積，防止支柱鉆底，液壓系統(tǒng)達(dá)到額定壓力，并保證有足夠的支護(hù)強(qiáng)度。

3.2 工作面頂板管理

3.2.1 生產(chǎn)過(guò)程中采煤機(jī)采用雙向割煤，盡量減少單向割煤，保證及時(shí)移架，減小空頂時(shí)間

采用追機(jī)作業(yè)方式，割煤后及時(shí)伸出伸縮梁臨時(shí)支護(hù)頂板，隨后10 m拉移支架，移架時(shí)少降快拉、帶壓移架，移架后及時(shí)用護(hù)幫板護(hù)幫；若局部煤層松軟片幫冒頂現(xiàn)象嚴(yán)重，采煤機(jī)過(guò)后提前拉支架支護(hù)頂板。

3.2.2 液壓系統(tǒng)的管理

保證乳化液泵站的壓力達(dá)30 MPa，提高支架的初撐力和工作阻力，使支架有較高的初撐力，有效地支護(hù)頂板，減少頂板對(duì)煤幫壓力，使頂板能沿支架切頂線切斷，不至于壓力前移至煤壁。采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、順槽轉(zhuǎn)載機(jī)、皮帶機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中易發(fā)生故障，直接影響工作面生產(chǎn)，日常檢修時(shí)重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)其維護(hù)，確保設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)；加強(qiáng)支架檢修與管理，回采過(guò)程中，對(duì)歪架及時(shí)采用支架本身的調(diào)架千斤頂和單體支柱進(jìn)行調(diào)整，對(duì)端頭支架增設(shè)防倒千斤頂，確保支架處于良好狀態(tài)。

3.2.3 液壓支架管理

在生產(chǎn)中要加強(qiáng)對(duì)工作面支架的管理。要保證支架布置均勻、架型正、不擠不咬，架間空檔一般不超過(guò)200 mm，上下架落差不大于側(cè)護(hù)板的2/3；架頭不低、不昂頭，底座不下陷；初撐力嚴(yán)格達(dá)到規(guī)程規(guī)定要求，以有效控制頂板離層。工作面要做到“三平二直”，確保支架受力均勻，切頂整齊，防止壓力向前發(fā)展。

實(shí)行分段跟機(jī)移架，加快移架速度，及時(shí)支護(hù)新暴露出來(lái)的頂板。當(dāng)移架速度跟不上采機(jī)割煤速度時(shí)，減緩割煤速度或停機(jī)移架，移架后要及時(shí)將支架伸縮梁及護(hù)幫板打開(kāi)，護(hù)住架前煤壁與頂板。

在底板松軟處，移架前在支架底座下墊2塊～3塊木板，以增加液壓支架底座接觸面積，防止支架下陷，并及時(shí)調(diào)整好支架的狀態(tài)，使支架頂梁平整接頂。

3.2.4 工作面超前支護(hù)

工作面頂板破碎、煤壁片幫嚴(yán)重，必須采取超前支護(hù)。煤機(jī)在正常割煤過(guò)程中，護(hù)幫板只準(zhǔn)超前前滾筒5架收回，煤機(jī)過(guò)后，及時(shí)伸出伸縮梁、護(hù)幫板，并且伸縮梁必須抵緊煤幫，并及時(shí)移架。

3.2.5 工作面加快推進(jìn)速度

加快工作面推進(jìn)速度，使頂板下沉量較大的區(qū)段始終處于支架放頂線以外的采空區(qū)側(cè)，工作面煤幫始終處于頂板下沉回轉(zhuǎn)量較小位置，減少煤壁、煤體所受的壓力，減輕其破碎程度，減少片幫及端面冒頂程度。

4 片幫冒頂常用處理方法

4.1 局部冒落的處理方法

由于回采作業(yè)過(guò)程的特殊性和長(zhǎng)期性，生產(chǎn)中難以徹底杜絕局部冒頂?shù)陌l(fā)生，對(duì)此應(yīng)當(dāng)進(jìn)行及時(shí)妥當(dāng)處理，以防出現(xiàn)推垮型冒落事故。當(dāng)遇到局部冒頂，應(yīng)及時(shí)用Φ160 mm～Φ180 mm×3000 mm的圓木護(hù)頂。如果用支架的護(hù)幫板或伸縮梁不能將圓木護(hù)到頂板上，則采用加長(zhǎng)單體（由2根DZ－2.0型單體支柱對(duì)接焊接而成）將圓木打到頂板上，防止冒頂范圍擴(kuò)大，平行工作面煤壁挑木梁護(hù)頂，采煤機(jī)割煤后，當(dāng)暴露出來(lái)的頂板短時(shí)間內(nèi)不會(huì)冒落而在支架降架前移可能冒落時(shí)，采取先移頂板完整處的支架，同時(shí)在支架前梁上方，沿平行煤壁的方向放置2根3 m以上的木梁，然后再移破碎處的支架托住木梁。若頂板破碎嚴(yán)重極易冒落時(shí)，在頂梁上鋪設(shè)板皮、笆片等護(hù)頂，當(dāng)發(fā)生架前冒頂時(shí)，可及時(shí)采用超前扶棚接頂?shù)霓k法處理。具體操作方法是：使用直徑160 mm～180 mm，長(zhǎng)2 m～4 m的圓木，一端放在支架頂梁前端，搭接長(zhǎng)度300 mm～500 mm，另一端在煤壁側(cè)用單體液壓支柱支撐，形成棚。根據(jù)頂板壓力大小，片幫深度，頂板冒落程度，采取相應(yīng)的扶棚密度，一般采用一架兩棚，扶棚寬度在2.10 m以?xún)?nèi)時(shí)，一梁一柱；扶棚寬度在2.10 m以上時(shí)，一梁兩柱，棚頂用厚度不小于80 mm的半圓木接實(shí)，從而控制住架前冒落。

4.2 打撞楔防治冒頂

當(dāng)工作面局部已沿煤壁發(fā)生冒落，矸石順煤壁繼續(xù)下流時(shí)，要及時(shí)用直徑40 mm、長(zhǎng)1.8 m的圓鋼撞楔，穿過(guò)伸縮梁前2個(gè)圓孔用大錘打入煤壁，然后在其上用板皮護(hù)頂。或者，在冒頂處用直徑200 mm、長(zhǎng)3.2 m以上的圓木配合單體液壓支柱從上到下架平行于煤壁的一梁三柱托棚，把規(guī)格為2200 mm×70 mm×50 mm的木撞楔逐根放在棚梁上，尖端指向煤壁，末端墊一方木塊，然后用大錘打入冒頂處，將巖石托住，使其不再繼續(xù)冒落。移架時(shí)用支架前梁托住平行煤壁的棚梁，撤去影響移架的棚腿。

4.3 垂直工作面煤壁架棚護(hù)頂

當(dāng)工作面頂板隨采隨落，冒落面積較大，且頂板條件不允許把支架前梁降下放置木梁時(shí)，立即停止采煤機(jī)和輸送機(jī)，根據(jù)冒落情況選用＜200 mm的圓木，自上而下超前架設(shè)垂直于煤壁的一梁三柱棚，棚梁應(yīng)高于液壓支架頂梁300 mm，梁距0.175 m，其上用板皮護(hù)頂，并在棚梁下用3 m以上木料配合單體液壓支柱架平行于工作面煤壁的一梁三柱托棚加強(qiáng)支護(hù)。然后移架，先移一架托住平行于煤壁的棚梁，撤去影響移架的支柱，再移相鄰支架。

4.4 垂直工作面煤壁架梁護(hù)頂

當(dāng)工作面發(fā)生大面積片幫冒頂且已出現(xiàn)空頂時(shí)，必須停止工作面采煤機(jī)和輸送機(jī)，等冒頂區(qū)頂板穩(wěn)定后，根據(jù)片幫的寬度，選用直徑200 mm以上的木料或π型梁，沿走向?qū)⑵湟欢舜钤谥Ъ茼斄荷?，搭接長(zhǎng)度不小于300 mm，另一端用單體液壓支柱支撐，每個(gè)支架上搭兩根，梁距0.75 m。在每個(gè)棚梁下補(bǔ)打兩根單體液壓支柱或架一梁三柱托棚加強(qiáng)支護(hù)，用木垛和板梁接實(shí)頂板，見(jiàn)圖1。

圖1 垂直工作面煤壁架梁護(hù)頂

4.5 亞聚氨酯材料加固煤幫及破碎頂板技術(shù)

在工作面煤壁發(fā)生強(qiáng)度破壞產(chǎn)生裂隙后，對(duì)煤壁及頂板破壞的繼續(xù)發(fā)展起到控制作用，亞聚氨酯能夠很好地與松散破碎煤巖體形成緊密粘合，并且良好的柔韌性能夠承受隨后的采動(dòng)影響，亞聚氨脂固化時(shí)間只需要3 min～5 min，施工速度快，用亞聚氨酯加固后可改善煤幫及破碎頂板的力學(xué)特性，提高了煤體的抗壓強(qiáng)度和承載能力，控制煤幫及頂板變形破碎，防止破壞片幫和漏頂發(fā)生。及時(shí)地改變了圍巖的松散結(jié)構(gòu)，提高了巖體的整體強(qiáng)度，提高了施工的安全可靠性，保證了綜采工作面的正常推進(jìn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

回采工作面作為一個(gè)動(dòng)態(tài)工作空間，受地質(zhì)條件、地質(zhì)環(huán)境及地層應(yīng)力諸多因素的影響。工作空間有限、環(huán)境特殊，認(rèn)真研究礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，選擇合理有效的支護(hù)手段，分析冒頂事故原因，研究預(yù)防措施和總結(jié)處理方法，保證工作空間安全可靠，是生產(chǎn)技術(shù)管理工作的重要課題，對(duì)礦井的安全、生產(chǎn)、效益等具有重要的作用。