大采高综采工作面破碎顶板稳定性综合控制措施研究

【摘 要】顶板失稳控制是一个系统工程，是一个具有区域局部性、动态性的复杂系统。对顶板失稳进行综合控制，保障安全开采，就必须对开采扰动下的顶板稳定性进行综合的分析，从保障系统性安全和科学优化与综合控制考虑，采用“强帮固顶”控制模式，实施了“锚-网-索”综合支护措施，为大采高工作面安全生产与工作面巷道畅通提供了保障。

【关键词】顶板管理；综合支护；综采工作面；大采高；片帮控制；支架防倒防滑；安全可靠

0 引言

随着国民经济的发展，今后相当长的时期内我国煤炭需求将长期保持增长态势，而我国厚煤层储量十分丰富，约占总储量的 44%，其产量占煤炭总产量的 45%左右，且大部分为缓倾斜厚煤层，厚煤层开采在保障煤炭生产供应能力中占有重要地位。因此，厚煤层开采技术几乎决定着整个煤炭行业的技术水平和经济效益。在适宜的煤层和地质保障前提条件下，如何对资源更合理、高效开采，已成为高产高效矿井建设的根本，厚煤层一次采全高高效综采（即综采大采高）是实现高产高效矿井的主要途径。

1 工作面顶板来压控制

①初采时老顶尚未来压，顶板受采动压力影响较小，因此支架初撑力要控制适当，避免因初撑力过大，造成对顶梁前端顶板的破坏，同时也要避免因初撑力太低致使顶板突然下沉、离层而对工作面造成破坏。主要采取提高支架工的操作质量和采用慢降快拉带压移架方式控制顶板，防止顶板突然下沉以及移架时架间漏顶现象。在顶板破碎区域，减少支架的降架高度，采用带压移架、超前移架的方法。距离采煤机右滚筒一架及时收回护帮板，采煤机割过煤壁后，距离右滚筒两架及时追机移架，并及时控制顶板。

②初采时要留意架前顶板局部漏矸，直接顶裂隙扩张等架前顶板及煤壁压力显现，及时调整支架间距，保证架间距均匀，来压期间要及时采取措施调整层位，主要采用卧底方法增加采高，一次性留住顶煤（煤皮假顶），保证顶板的完整性。

2 工作面煤壁片帮控制

“强帮”有利于“固顶”，只有有效地控制工作面煤壁片帮，才能防止架前（漏）冒顶事故的发生。煤壁片帮主要有两种形式，一种是剪切滑移破坏，即煤壁片帮是由于顶板的下沉，造成煤壁受压；另一种是失稳破坏。工作面煤壁在采空区方向具有自由面，无约束存在，变形不受限制，当采高加大后，矿压显现剧烈，在超前压力作用下，煤体裂隙发育，易发生大面积片帮，大块煤增多，严重制约了生产能力的正常发挥。

大高工作面系统控制中，该工作面底板强度最大，煤层与顶板次之，基本顶是超前工作面断裂，工作面支撑压力前移至工作面煤壁，并且由于支架的反复支撑作用，控顶距内的直接顶呈动态破裂的特征，加之直接顶松散体载荷作用，破碎的顶板在工作面采高增大的同时，受煤体强度、煤体的裂隙分布影响，煤壁片帮概率也就随之增大。为保障工作面顶板的稳定性，防止架前漏（冒）顶事故的发生，对煤壁片帮与冒顶观测，达到“强帮固顶”的作用。大采高支架梁端距在 550mm 左右，由于煤层底板起伏不平或操作不当，输送机上的采煤机重型化不易控制，相对于支架向前或向后偏斜是不可避免的。向前或向后相对偏斜，梁端距就会变化，若采煤机仰斜采煤，上仰 5°，采煤机的滚筒就要割支架的顶梁，若采煤机俯斜采煤，前倾 5°，则空顶距就要加大，破碎顶板难以控制，易失去稳定性。因此，为了确保大采高支架梁端处顶板的稳定，不仅要求支架顶梁具有伸缩功能，割煤后及时伸出支护顶板，而且要求护帮板完全伸开时能够伸平，及时支护片帮后的顶板，并且支架应尽可能地向前移动，使支架的顶梁对这部分顶板起到及时支护作用。

另外，还要加强护帮管理，采取有效的技术措施进行控制：

①提高工作面工程质量，确保工作面煤壁和支架都保持直线，防止压力局部集中造成工作面局部片帮、冒顶。

②加强技术人员操作质量，及时移架控顶，支架升平升紧，保证工作面支架支护强度，提高初撑力支护质量，减少顶板回转时对煤壁的压力。

③根据煤壁节理发育情况，开采时及时调整伪斜开采，尽量地避开滑落面与工作面平行，防止造成大面积片帮、冒顶。割煤时，超前两架收回护帮板，减少了片帮面积。同时，滞后采煤机右滚筒四架，及时进行移架作业，打出伸缩梁保证顶梁接顶严实，并将支架一级护帮板及时打出，以防片帮，二级护帮滞后采煤机左滚筒三架打出。

3 支架防倒防滑控制

①为了防止出现局部倾角过大或接顶、底板不实，造成支架失稳，开采过程中，严格控制了采煤机割平顶板与底板。

②开采初期，支架接顶不实或初撑力达不到要求，造成支架下滑。加强管理后，控制采高与移架后，保证了支架接顶严实，严禁超高开采，初撑力达到规定要求，防止支架了下滑或倾倒。

③为了防止破碎顶板冒（漏）顶，工作面备足刹顶材料，控制移架过程中冒顶，歪架、倒架现象。

④移架过程中，利用侧护千斤顶和底调千斤顶随时对液压支架进行微调，使支架与输送机保持垂直，支架中心距为 1.75±100mm，移架步距为 865mm，拉线移架，使支架排列整齐成一条直线，偏差在±50mm 之内。

⑤距采煤机右滚筒 2～4 架开始拉架，并支护顶板。在采煤机前有严重片帮与顶板大面积暴露，采用了超前移架支护顶板。若遇顶板破碎时，带压移架或邻架操作，少降快拉，降架高度控制在不超过支架侧护板 2/3 范围内。

⑥在排头支架顶梁和底座上分别加装防倒及防滑装置，四架排头组成“锚固站”，使其成为全工作面支架保持横向稳定性的基础。最后一架端头的顶梁上方安装侧挑梁，有效支护端头与巷道下帮之间空顶，防止端头倒架。

⑦为了防止支架相互挤死或出现咬架、倒架现象。工作面拉支架时，采用由上向下或由下向上依靠端头支架拉移支架。在巷道布置上，采取回风巷和运输巷的高度低于工作面采高的布置方式。支架由端头、过渡到中间支架逐渐加大到工作面采高，既有利于巷道的支护，又提高了端头端尾支架的稳定性。支架在实际回采过程中，正确使用带压移架和初撑力自动补偿功能，支撑已经离层和已破碎的下位直接顶，能增大顶、底板摩擦阻力和顶板的反倾倒力矩，对防止大采高支架的下滑和倾倒十分有利。

4 工作面上-下端头支护控制

工作面端头与两巷交叉处，由于台阶或梯形结构形成的“局部化剪切变形区域”，该区域的控制是工作面顶板失稳控制的首要任务；工作面上-下端头超前支护段，由于上端头受上一个工作面回采影响，围岩变形严重，是顶板失稳防范的重点。（下转第293页）

（上接第278页）工作面上-下端头由端头支架支护顶板。根据现场监测，在上端头自工作面煤壁向外 50m 范围，下端头自工作面煤壁向外 20m 范围内进行超前支护。超前支柱初撑力不低于 50kN。支柱支设在实底上，支柱钻底量超过 100mm 时需要穿底鞋。所有超前支柱用 8#铅丝大于 2 股与顶网捆绑牢固，迎山角保持 2°～3°，且支柱支设成一条直线。

5 结束语

总之，随着近年来采矿工作者的不懈努力，国内少数矿井对厚煤层应用大采高综采技术，成功的开采实践填补了综采大采高开采的空白，使我国综采大采高技术也有了很大发展。在此过程中，厚煤层综采机械化水平的逐步提高，一次采全高的高可靠性综采设备的发展，使得我国大采高在工艺、设备及效益上都步入世界前列。大采高技术成功的范例不仅解决了大采高综采矿井高产高效的难题，同时也取得了厚煤层一次采全高综采的矿压显现和岩层移动基本规律等研究成果，为进一步深入研究大采高岩层控制理论与技术奠定了基础。

【参考文献】

[1]郭宝华，涂敏.浅谈我国大采高综采技术[J].中国矿业，2003，12（10）：40-42.

[2]赵怀祥，陈俊成.大采高开采技术研究[J].山东煤炭科技，1998（4）：24-27.

作者简介：杨肥（1984―），男，汉族，陕西定边人，助理工程师，2007年毕业于西安科技大学采矿工程专业，工学学士，主要从事采煤工作。