摘要：顶板支护是煤矿综采中极为重要的一环，如液压支架选型不适，很容易出现顶板垮落、坍塌的情况。随着煤炭开采深度的增加，工作面地质构造趋于复杂，矿压显现更加突出。主要表现为：工作面直接顶破碎严重、顶板压力增大、煤壁片帮加剧、两巷端头维护困难等，直接影响着矿井的生产安全。因此，必须完善并寻求更为科学的顶板管理方法，以达到提高综采效益和安全的目的。
关键词：地质条件；顶板控制；综采工作面
近年来我国煤矿安全生产形势虽然大有好转，但煤矿安全事故仍然时有发生，其中掘进工作面顶板事故较多，工作面开始回采后，从初采期初次来压的顶板管理，到开采过程中过空巷、过薄基岩、正常回采期间架后悬顶处理，直至末采期间的顶板管理，都是综采工作面顶板管理的关键。在特殊条件下掘进，存在冒顶伤人的重大隐患，需要从支护方案、支护工艺和循环进度等方面采取有针对性的技术，保证掘进安全。基于此，对特殊地质条件下掘进工作面的顶板控制技术进行研究，以期达到保证掘进安全的目的。
一、综采工作面顶板控制的原则
综采工作面设备运行过程中必须充分分析其所处的环境条件。漏垮冒顶的前提条件是顶端煤面散置易碎区或掉落区与煤壁前、上方的破坏区域相关联。之所以造成这一个问题，主要是由于液压支架情况变坏、冒顶问题加剧与煤表面产生片帮等问题构成循环，最终使得单纯调节某个环节同样不能确保综采活动有序推进。因此，为确保综采活动的顺利，现实中，必须注重端面漏垮冒顶问题，并选择科学合理的措施加以控制。漏垮冒顶控制过程中遵循的基本原则：最大限度地避免垮落散体区和破碎区发生移动，确保问题不出现在煤壁的前端；综采过程中，营设良好的条件，使得剪拉应力、破坏区域之间交流；综采过程中，切实加强管理，避免造成漏垮冒顶问题。所以在综采工作面工作时，应当提高技术水平，以降低该现象。在掌握了液压支架的阻力以后，就可以有效控制该问题。
二、综采工作面漏垮冒顶的根由与特点
1、端面漏垮冒顶的根由。端面漏垮冒顶现象主要包括顶部端面煤层断裂破碎、节面与层面理纹破损等诸多方面；长期运行使得支架强度持续性下降。煤壁片帮与顶端梁部分大量浮层煤使得顶梁支架边角不完全对接，接口缝隙距离提高，这样就会有双向拉力作用在端面顶层煤上，最终使其发生断裂。支架发生一定的移动，支撑力减小，导致问题加剧；局部区域因施工过程中采煤机运行不合理，割煤不平，对原来的稳定状态产生影响，造成漏垮冒顶。此类现象不尽快解决将造成更严重的后果。
2、顶梁上方破碎顶煤的原因。通常来说，在顶梁支架边缘上方有厚度大约为0.3-0.5m 的质地松软平铺的顶煤，使得它们无法实现紧密的接顶，外部支持力与工作规定阻力无法满足相关标准，分布不科学，导致支护顶板不能获得良好的保护而出现分离破坏。其根源包括：循环过程中顶煤应当在第一时间之内清理掉，首个循环中的顶煤如果不进行清理将会带到第二次循环，长此以往就会陷入恶性循环，煤层积累越来越多，从而造成了浮煤；采煤机运行过程中无法完全将顶部层面割平而产生突起，使得支撑力分布不平衡，从而将顶部煤层破坏；处在稳定层下方顶部煤太过松软，大体上与伪顶相当，长期堆积以后会损害到顶梁。
3、片帮顶板冒落的特点与形态分析。通过观察综采工作面顶板，从中获得相关资料。通过对相关资料进行分析可以得知，伴随顶板高度的提高，其冒顶频率不断下降。然而，在稳定范围中，稳定时间过长则易于使稳定层受损，并发生比较严重的顶端冒顶问题。具体来说，主要存在以下几种形态：
（1）轻度。顶端在冒煤时的高度往往相对较小，然而，随着时间的推移将趋于稳定。一般情况该稳定状的高度处于0.3-0.5m 之间。此时，在采煤机采过煤之后，在原有位置出现落煤。并且或许在设备制动时，液压支架部位将存在煤残余。所以，该条件下非常易于使得冒煤的范围增大，且出现的可能性较高。
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（2）滑坡式。即在片帮滑落之后，使得顶端的煤面掉落。此时，往往均分布于0.3-1.5m 中，尽管区域相对不大，然而，出现该问题的可能性相对较高。
三、综采工作面顶板控制的方法
按照目前传统的管理方法和井下开采的实际情况，应利用支架主动控制顶板，并采取措施。
1、利用液压支架主动控制顶板。在复杂地质条件下，改善液压支架的使用性能来主动控制顶板，能有效地改善顶板管理状况。根据平顶山一矿支架使用状况和顶板压力观测，应采取如下措施。
（1）保持支架前梁接顶良好。对于掩护式液压支架，当顶板破碎时，掩护梁后部岩石冒落滑向老塘，但此时，已冒落的直接顶充填采空区并不严实，从而导致切顶线外的直接顶破碎，使顶板压力在顶梁上的作用点前移。由于掩护式支架的前梁较长，很有可能使前梁出现低头工作状态，而顶梁前端不贴顶，冒顶的可能性会增加。因此，必须保持顶梁前端贴顶并有较大的支撑力。
（2）提高支架的支护阻力。增加支架的支护阻力，对改善顶板状况非常重要。根据该综采工作面矿压观测资料，初撑力平均值仅为额定值的50％左右。初撑力低的主要原因是升架时压力保持的时间不够长，甚至刚使支架接顶就不升了，从而造成端面顶板条件恶化。解决的办法除提高管路系统压力、人工升紧升牢外，还可通过初撑力自动补偿控制装置来提高支架的初撑力，如，初撑力保证阀。为减小端面距，从而减少支护滞后时间，主要采取追机移超前架的办法。片帮严重时及时上走向梁和顺山板，以最大限度地减小端面空顶距离。采取带压擦顶移架，可以降低顶板下沉速度，保持顶板完整。
2、加强综采工作面端头区域管理。综采工作面端头区域是指煤壁三角区、两巷落后段和超前压力峰值区。对于矿压显现明显的工作面，是在该区域内压力增长率和顶板下沉率是最高的，并且巷道两侧、三角区煤壁与工作面超前支承带的压力相互重叠，形成超前压力峰值区，使端头顶板支护状况变得更加困难，直接影响到工作面的正常推进，该区倍受重视。根据现场矿压观测，回采工作面动压峰值距煤壁外10～15m范围内。因此，必须加强此段的巷道支护。端头支护工作面普遍存在着压力大、巷道变形严重，支回困难，严重制约着工作面的推进速度。采取的措施，一是两巷作小超前，加大端头支护面积，减少端头顶板受替回二次来压影响，从而保证顶板的完整。二是端头处支架的支护阻力与采面支架的实际支护阻力应保持一致，以便使端头顶板与采面顶板铰接处保持相对的完整和稳定，防止台阶下沉。三是端头区回架距离应不超过采面液压支架掩护梁与顶梁绞接处，要尽可能避开工作面移架时动压对端头顶板的影响。
3、加强来压期间的顶板管理。顶板来压期间端面的冒落程度和频度明显增加，应加强来压期间的顶板管理。来压期间可适当加快工作面推进速度，有效减缓顶板弯曲下沉，防止煤层片帮。加强支架管理，防止出现倒架、歪架和咬架现象，保持支架平正并有足够的支撑力，提高支架的支护效果。
特殊地质条件下的综采工作面顶板控制是遏制顶板事故的关键，该研究中所涉及到的综采特殊地质条件，对这些特殊地质条件所采取的对策，取得了良好的顶板控制效果，有效地预防了综采顶板事故的发生，对于我国煤炭行业综采顶板控制及事故预防具有重要的指导意义。
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论文作者:刘俊俭
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/5
标签：顶板论文; 工作面论文; 支架论文; 顶梁论文; 端面论文; 地质论文; 条件下论文; 《基层建设》2019年第4期论文;