枣矿集团蒋庄煤矿
摘要：根据火层岩、断层、褶曲、裂隙、工作面顶板岩性以及其组合的综合作用对顶板控制不同的影响程度，分析了因复杂地质条件引发冒顶事故的原因，提出了加强工作面地质工作、做好预测预报、采用合理的控顶技术是杜绝和减少冒顶事故的最根本途径。
关键词：复杂地质构造；冒顶事故；技术分析；技术防治
1 简况
1.1 蒋庄煤矿南十一采区3上1105外面地质构造概况
1.1.1地质构造特征：该工作面回采的煤层为山西组3上煤层，总体呈现单斜构造，其煤岩层产状为：走向NE～SE，倾向：SE～SW，倾角2°～14°，平均8°。本工作面地质构造相对复杂，断层较发育，其中F1、F4、F16为巷道揭露的断层，未延伸至工作面内，对生产无影响；DF24、DF27、DF44、DF23、DF25、DF28为面内隐伏物探断层，其中DF27在运输巷揭露；F7、F8、F9、F11、F18、F19、F20为巷道揭露断层，落差较大，对生产影响较大。工作面过复杂地质条件时揭露断层及产状统计，见表1。
1.2 3下1105外面顶板隐患简况
通常情况下，因工作面地质构造引发的冒顶事故均为局部冒顶。冒顶类型有漏冒型和推垮型2种，以漏冒型居多，冒顶的位置位于靠煤壁侧和岩层破碎带附近。断层以及断层与裂隙等组合易造成推垮型冒顶，推垮型冒顶为大块孤立项板旋转推垮，而褶曲和裂隙易造成漏冒型冒顶。蒋庄煤矿3上1105外面因地质构造，揭露下面第二道火层岩时，顶板破碎、煤壁松软同时推进时存在顶板上翻现象，从而导致顶板控制差出现漏冒现象，进而以点带面迅速恶化，导致局部冒落反复，再加上煤壁片帮严重，直接制约矿井的安全生产。工作面情况如下附图：
2 地质原因分析
2.1 断层对顶板控制的影响
断层依其走向和所切割岩层走向的关系分为倾向、走向和斜交断层。根据断层的规模、断层面倾角大小及工作面推进方向与断层走向之间的关系的不同，断层附近发生冒顶的危险程度亦不同。断层不仅使煤岩层沿断层面产生不同程度的位移，断层面上的连接力也大为减弱，而且在断层的两侧亦伴生了大量的裂隙，造成岩层破碎。
2.2 火层岩对顶板控制的影响
第一条火成岩侵入带在上材揭露走向长度为12m，随着工作面推进向下面延伸逐渐减灭，上面揭露时预计最大揭露20架，每推进2刀向下面方向延伸1架；第二条火成岩侵入带基本上与3上1105外面倾向平行，揭露平均走向长度为10m，以岩床形式侵入煤层，沿工作面倾向揭露面积较大；根据火成岩岩性分析为中等坚固泥岩、泥灰岩、砂岩组织，需要松动爆破推进；生产过程中采用松动爆破采煤机截割的方式，平推硬过该火成岩侵入带。当火成岩侵入带进入工作面后，沿火成岩侵入带两侧煤层顶板层位推进直至消失。
2.3 组合作用对顶板控制的影响
断层、裂隙与火层岩等组合的综合作用对顶板控制影响较大。3上1105面以断层与裂隙的组合引发冒顶事故的居多，由于组合作用影响，致使工作面顶板控制趋于复杂，稍有不慎，即会酿成冒顶事故。如3上1105外面冒顶就为此例。
该冒顶事故的地质原因主要有四条：一是工作面推进时大面积揭露火层岩，并在下面面溜机头附近揭露F11断层（H=5.5），该断层逐渐向机尾方向延伸。二是直接顶厚0.8～1.7m的砂质泥岩不稳定，其层面光滑易离层、冒落。三是顶板破碎，重新释放后的压力使得火层岩区域煤壁松软，极易片帮，致使顶板端面距变大，无法形成正规支护。四是工作面推进过程中，顶板上翻明显，致使现场大片区域逮顶炭，易破碎片落。
3 防治技术
3.1 煤层顶底板的研究方法
（1）分析煤层顶底板的岩性组合特征，为预测评价煤层顶板条件提供资料。
（2）分析研究地质构造展布规律及其对顶板条件的影响。
3.2 顶板管理措施
当工作面顶板破碎、煤壁片帮、端面距超过规定，出现顶板漏冒现象时应采取剥帮、下棚维护、造人工假顶的方式进行维护。
3.2.1 装顶维护
（1）当顶板停止冒落且稳定后，处理冒顶、维护顶板首先进行敲帮问顶，处理掉活矸，清理好退路，然后再进行维护。
（2）处理冒顶、维护顶板原则为：必须从上往下、从两头向中间、从顶板好的区域逐渐向顶板差的冒顶区域进行维护。
（3）冒顶处维护：
1、装顶前，片帮区域使用单体液压支柱配合方木或半圆木，打好贴帮柱，腰实煤帮。
2、装顶前，使用单体液压支柱配合方木或工字钢进行装顶维护。装顶维护前先用单体液压支柱配合方木或半圆料支设好临时抬棚，然后进行装顶维护。
3、装顶处，造人工假顶的木料要横穿竖插均匀，各有支点，假顶的木垛，垛垛连锁，接顶严密，肩窝结实，木料之间要用耙钉或铁丝固定，严禁出现空顶空帮现象。
3.3.2 剥帮维护
（1）工作面剥帮时要在顶板完整处开门，剥帮时必须采用先支后开的方式。剥帮循环进尺为1.5m，顶板压力大且破碎时剥帮循环进尺为0.75m，剥帮应逐架进行，严禁同一地点同时剥两棚。
（2）施工方法：当煤壁及顶板相对较为完整时，采用松动爆破方式进行剥帮。当煤壁松软、裂隙发育、破碎时，采用人工使用风镐或镐锤刨帮的方式进行剥帮。
3.3.3 拉移剥帮、装顶区域支架
（1）拉移剥帮、装顶区域支架必须使用单体液压支柱进行辅助移架。
（2）拉移剥帮、装顶区域支架必须采取“擦顶移架法”拉移支架，即首先将支架拉移手把打到拉移位置，然后操作降架手把进行降架，当支架向前移动时，立刻将降架手把恢复“零”位，继续操作移架手把将支架前移一个步距，然后升起支架，并达到初撑力。
3.3.4 注浆加固及充填施工
（1）注浆范围：根据现场勘查，需对工作面顶板破碎、煤壁片帮区域及下材巷道内受F9倾向断层影响区域，进行注浆加固。
（2）加固注浆钻孔布置：
工作面注浆孔：在工作面煤壁片帮区域底板向上1.0m处施工注浆孔，孔径32mm，孔深6m，上仰角度30～45°，封孔深度1.5～2m，孔间距1.5m。
下材巷道内煤壁侧帮部注浆孔：在距离顶板0.2～0.3m处施工注浆孔，孔径32mm，孔深4.5～5m，上仰角度20～30°，进行钻孔注浆施工，封孔深度1.5～2m左右，孔间距3m。
注浆钻孔形成伞状悬挂式布置，注浆参数可根据现场情况适当调整；循环注浆完毕后，工作面往前推进不超过3.2m需进行下一循环的注浆，直到工作面顺利通过该区域。
4 结语
综上所述，引发采面冒顶事故的地质构造包括断层、火层岩、裂隙、顶板层位变化以及其组合的综合作用。为有效地防治因地质构造引发采面冒顶事故，首先应加强矿井地质工作，强化对煤层顶底板条件的研究分析，做好预测预报工作。
参考文献：
[1] 沈明荣，岩体力学[M].上海：同济大学出版社，2015.
[2] 李增学.煤矿地质学[M].北京：煤炭工业出版社，2009.
论文作者:丁宁,张承然,高桂营,苏庆华
论文发表刊物:《基层建设》2017年第36期
论文发表时间:2018/4/4
标签：顶板论文; 工作面论文; 断层论文; 地质论文; 裂隙论文; 组合论文; 煤层论文; 《基层建设》2017年第36期论文;