综采综放混合开采顶板控制技术

摘  要： 本文系统地对综采综放混合开采工作面煤壁片帮与冒顶机理进行分析，并提出了混采工作面顶板控制技术，在混采工作面取得了显著的经济效益和社会效益，对于其它同类型矿井具有推广价值。

关健词：综采  综放 混合开采  顶板控制  技术

1  前言

五阳煤矿7510工作面全长220m，采用两种综采、综放两种工艺回采。其中端头一侧（运输巷侧）78m为综放开采区域，端尾一侧（回风巷侧）142m，由于上分层已于1999年4月~2000年6月回采完毕，为综采下分层开采区域。工作面呈伪倾斜布置，工作面坡度平均8°左右，仰采推进，仰角2°～10°。工作面中间架为ZZP-4800/17/33放顶煤支架47架，ZY-35架97架，过渡架为ZP-6500/19.5/34型支架，机头三架。工作面于2004年5月13日~5月19日进行调试生产，2004年5月20日正式开始生产。

7510工作面平面布置图

由于工作面为综采综放混采面，综采部分的上分层已采，因此在煤顶与假顶茬边两侧存在应力集中，同时工作面存在断层、隆起等特殊构造区域。由于这些原因，加上下分层开采顶板管理的复杂性，工作面投产后经常出现片帮、顶空、漏顶现象。

为此，对7510工作面进行了跟班实测和调研，摸清了综放部分端面冒顶特点和综采部分煤壁片帮及顶板漏冒规律。并由此提出了综合防治措施，取得了较好的经济效果。

2  煤壁片帮与冒顶机理分析

2．1混采工作面煤壁片帮冒顶地点确定

通过现场观测，混采工作面易发生煤壁片帮冒顶的地点主要集中在以下几个地点：

（a）综采综放混采面煤顶与假顶茬边两侧约15m范围内；

（b）地质构造影响处，如断层、隆起轴部处；

（c）煤体较软弱，节理裂隙较发育的地点，特别是裂隙面与工作面倾向一致时；

（d）采高过大时，煤壁受压力影响，采高越大，煤壁松动破坏越严重，煤帮越易发生片落；

（e）仰采严重时，煤壁松动破碎带受煤壁本身自重影响较大处。

2．2混采工作面煤壁片帮原因分析

2．2．1煤壁片帮统计结果

通过对工作面煤壁片帮进行统计，得出工作面煤壁片帮长度、深度的观测统计结果，见表1。工作面发生片帮的长度占工作面长度的59.8%，其中片帮深度大于300mm的占64%，一般不会诱发冒顶；片帮深度大于900mm的达15.5%，对生产影响较大，多数情况下会诱发端面冒顶。

表1　煤壁片帮深度分布统计

2．2．2煤壁片帮的原因分析

（a）煤层平行于工作面的节理裂隙较发育，工作面机采高度大，而支架护帮装置不可靠。

（b）支架初撑力偏低且采用降载移架使煤壁承受较大压力。

（c）采煤工艺的影响。采煤机牵引速度与滚筒转速不相适应，采煤机对前方的煤壁产生较大的挤压作用力，易诱发片帮。

2．3混采工作面端面冒顶原因分析

2．3．1端面冒顶统计结果

在7510工作面布置6条测线（三条在综放部分，三条在综采部分），对下列 5个参数进行了观测：支架第一接顶点至梁端的距离a、端面距b、片帮深度c、冒顶宽度d和冒顶高度h。统计结果，见表2。

表2　综放部分冒顶统计参数

工作面端面冒顶高度的分布，见表3。可见冒顶高度在1.0m～1.5m的频度较小，说明该层位存在较为稳定的分层，其自稳时间较长，但如不及时处理小冒顶导致该稳定层的破坏将会诱发大冒顶，冒至直接顶的频度较大说明了这一点。

表3　工作面端面冒顶高度分布

2．3．2端面冒顶原因分析

由于开采活动破坏了煤层的原始应力状态，随工作面的推进，超前工作面煤壁10m左右存在移动支承压力区，而超前工作面3m左右为支承压力高峰区。工作面的超前支承压力使煤壁发生松动破坏，当支护不及时或支护阻力不足时，使煤壁由弹性应力状态转化为塑性松动破坏。

（a）顶煤破碎，层理和节理极为发育，这是引起端面冒顶的内在因素。

（b）支架工作状况不佳。由于煤壁片帮及顶梁上方浮煤的存在，支架顶梁前端难以接顶，实际空顶距增大，使端面顶煤易受拉断裂破坏；支架降载前移和支架初撑力较小造成顶煤离层，使冒顶向更高更大范围扩展。

（c）采煤机割顶不平，局部地段破坏了稳定层导致冒顶。小冒顶发生后如不及时处理可诱发大冒顶。端面冒顶的发生与煤壁片帮和支架工况是密不可分的，三者之间相互影响。减少煤壁片帮及支架工况的好转可有效地控制端面冒顶。 

3  煤壁片帮与顶板防治措施

3．1一般片帮冒顶的防治措施

为有效地控制端面冒顶，必须从提高端面顶煤的稳定性和改善支架工况两方面入手。提高端面顶煤的稳定性，可采取缩小端面空顶距和加固煤帮、顶煤等措施；为改善支架工况则必须首先消除和减少顶梁上端的浮煤。

（a）控制机采高度，将机采高度由原来的3.0m减少到2.6m～2.8m。现场观测和实验室力学性质测定都证明，在距煤层底板2.8m～3.2m处存在一强度较大的稳定层。这样既可防止破坏该稳定层，又可减少煤壁片帮的发生。

（b）严格工程质量，采煤机必须割平顶板，支架必须及时前移，顶梁上浮煤应及时清理。这样有利于顶梁接顶，减少顶煤的悬露面积和时间。

（c）保持支架良好的工作状态，加强乳化液泵站、液压支架及管路管理，控制系统串漏液发生，使支架的初撑力大于3000kN，顶梁不得低头工作，仰角不得超过5°,并采用带压移架方式。

3．2局部严重的片帮冒顶控制措施

在常规的控顶措施难以奏效时，必须采取特殊措施固化煤壁、顶板，控制片帮、冒顶，特别是要使支架上方留住顶煤，以避免周期来压时造成冲击压力对支架的影响，避免造成安全事故，并达到顺利移架、推移大溜的目的。加固工作面煤壁及顶板的基本思路是：

（1） 在工作面煤壁及顶煤内超前注入马丽散N——使煤层具有一定的整体性；

（2）在工作面煤壁及顶煤打设超前玻璃钢锚杆——防止煤体沿薄弱面滑落。

3．2．1超前打设玻璃钢锚杆

根据工作面顶板情况，检修班在工作面超前打设玻璃钢锚杆对煤壁进行控制。玻璃钢锚杆杆体直径为15mm，杆尾螺纹直径为22mm，锚杆长度为1800—2000mm。锚杆排距0.8~1.0m，间距1.0m，下排锚杆距底板1.2m，锚杆长1.5～2.0m，呈三花眼布置。每孔用两卷Z2360树脂药卷锚固。

3．2．3前注入马丽散N

马丽散是一种聚亚胶脂产品，有色液体，具有高度粘合性和机械性，可很好与煤岩层产生粘合，凝固速度快，凝固后体积膨胀2倍以上，最大压力可达10mpa以上，操作方便快捷。预注马丽散孔深一般在4—6m，孔径为32—42mm，倾角为沿工作面推进方向顶板倾30—600，间排距为3.0×3.0m。

4  效果

4．1混采工作面顶板支护与控制的实践证明，在目前的技术管理水平下，顶板控制是提高工作面单产的有效方法。通过顶板控制，减少了工作面的冒顶，保证工作了稳产和高产。采取顶板控制措施后，支护方面的效果如表4，支架初撑力提高了50%以上，端面控顶距减少了45%，支架歪倒咬架等事故减少了32%，工作面平均月产提高了3.6万ｔ。

表4　控顶效果比较表

4．2对于特殊地段，采取玻璃钢锚杆防片帮技术的试验与应用效果良好，切实起到了防片帮作用，安全上可靠，技术上可行，经济上效益显著。

在7510工作面回采初期（初次来压前）及回采过程中，运用在煤层内超前注马丽散N及催化剂和在煤层内超前打设玻璃钢锚杆对控制工作面煤墙和顶板起到了很好的作用，回采中可以清楚地看到煤层内的节理面、大、小裂隙都冲入了马丽散浆体，煤层整体性大大地提高，控制了煤墙片帮和顶板的垮落。具体的效益有：

① 防止和避免了工作面大面积悬顶可能造成的安全事故。

② 在工作面初次及周期来压前，解决了移架、推移大溜困难问题，提高了回采速度，由原来的圆班不足2刀煤加固后提高到圆班3~4刀煤。

③ 大大地降低了维护顶板和煤墙的坑木消耗，贯彻了国家的环境保护政策和可持续发展政策，经济效益和社会效益非常明显。