摘要：某煤矿201薄煤层综采工作面设计走向长度270m，倾向长度172m，煤层平均厚度1．35m，开采早二叠系3下煤，该煤层倾向角度变化为3～30°，平均23°，煤层硬度f=2，煤层黑色，煤的组分以镜质组为主，属低灰、低硫、特低磷煤。201工作面背斜轴穿过工作面上部，两翼倾角约20°，局部达30°，轴向40～45°，褶皱。201工作面断裂构造较为发育，断层附近煤层产状变化大，顶板裂隙发育，背斜处顶板破碎，局部存在二合顶现象，预计对工作面开采影响较大。基于此。本文主要对薄煤层综采工作面过背斜地质构造期间的顶板管理进行分析探讨。
关键词：薄煤层；综采工作面；过背斜地质；构造期间；顶板管理
1、工作面顶板冒落显现规律与原因分析
1．1顶板冒落的现场集中表现
(1)工作面过背斜区段是顶板破碎的主要区段，也是容易发生冒顶的主要地段，这一区段一直是顶板管理的重点区段。
(2)在工作面过背斜顶板管理异常困难时期，往往在采煤机割进期间、支架均未动的情况下冒顶就发生。背斜附近的顶板异常破碎，已不是一个整体，更不能承受自重。
(3)超前压力显现明显。周期来压期间，运输巷、轨道巷顶板压力大，顶板破碎，棚梁折断时有发生，该期间是顶板管理的重点。
(4)顶板状况的恶化使机电事故率大大增加。包括支架、运输机、转载机、采煤机等机电事故，进一步制约了生产。推进速度降低，又加剧了顶板恶化，形成了恶性循环，生产陷入被动。
1．2造成冒顶的主要原因
(1)根据回采201薄煤层综采工作面的现场经验，大约在距工作面切眼位置25～50m处有一条背斜贯穿整个工作面。该背斜附近顶板异常破碎，煤体非常酥碎。生产过程中，背斜区域顶板暴露面积大，给顶板的安全管理带来难度。
(2)工作面运输巷右侧为202、204采空区，是影响201工作面运输巷压力大、机头犄角维护困难和顶板破碎的重要原因。随着201薄煤层综采工作面的正常推采，工作面背斜轴将由工作面机头暴露，逐步向机尾延伸。该背斜轴使得该段工作面的顶板煤体裂隙更为发育，顶板异常破碎，这是背斜轴区域顶板及煤体不可避免的一个问题。
(3)201薄煤层综采工作面背斜轴附近顶板破碎是地质构造和超前支撑压力、顶板回转活动和支架反复支撑共同作用的结果，并且由于工作面的移动特性，顶板将依次经过完整区、破坏发展区、裂隙发育区和垮落破碎区4个区域(或者说4个阶段)。而垮落破碎区提前至煤壁则可造成面前冒顶。
(4)顶板回转活动过程中压力前移，是综采工作面压力显现的一个基础力。薄煤层综采工作面顶板回转的初期，其载荷首先作用于煤体，顶板破碎已不能承载或者顶板自架后冒落后，这个力迅速前移作用于煤壁，表现在现场即煤壁片帮、顶板冒落。
(5)回采工艺或工程质量不良将造成顶板冒落，主要是工作面过背斜期间的回采工艺，背斜轴在工作面暴露面积、工作面的“三直两平”和采煤机的截割速度等因素的影响。工作面背斜轴暴露面积越大，顶板管理难度越大，越容易发生冒顶。工作面工程质量对工作面顶板管理有较大影响，煤机截割过程中造成顶底板不平，煤壁、运输机、支架三直就无法保证，无法使背斜附近的支架有效支撑顶板，从而导致冒顶。
(6)支架的支护状态是冒顶的直接诱发因素。支架拉移不直、支架初撑力低且分布不合理、上覆岩层的载荷分布不均均可造成冒顶。
(7)支架的支护效果差，达不到应有的完好标准，这是造成面前冒顶人为所不能控制的最主要原因。架顶浮煤多、支架的初撑力低，支架的卸载移架，煤机割过背斜轴地段时未及时拉超前架支护顶板等均对冒顶形成影响。
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通过现场实践和理论分析两方面都证明:201薄煤层综采工作面，由于背斜轴的轴向为40～45°，在确保工作面运输机不上窜下滑的情况下，背斜轴在工作面暴露的面积越小，越容易管理背斜轴区域的顶板。
2、顶板管理及主要治理措施
通过以上分析，201薄煤层综采工作面煤壁片帮→面前冒顶→支架工作状态的恶化三者之间相互影响，形成了工作面背斜区域围岩支撑系统的恶性循环。这是造成该工作面背斜地段冒顶而影响生产的主要原因，因此对背斜地段面前冒顶的控制应从这三个方面进行综合治理。而这三个方面中，保证支架支护状态的完好、可靠、有效，减少背斜的暴露面积是最重要的。
2．1保证综采支架的完好
(1)严格按支架完好标准进行考核。对支架的使用、维护和保养严格按规范操作，“使用即维护”，对液压系统管路和操作系统建立专门的保障体系。
(2)保证支架的合理初撑力。除非特殊情况(例如顶板异常破碎、立柱损坏等)，支架的初撑力保证在24MPa以上。
(3)贴顶带载移架。针对顶板破碎的区段严禁降架卸载移架，应在支架顶梁下方用合适的方木或高度合适的液压支柱将支架吊起贴顶移架。
2．2选用合理的采煤回采工艺
(1)在确保工作面支护状态及运输机的上窜下滑量的情况下，将背斜在工作面的暴露面积控制在最小范围内。
(2)保证工程质量，煤机割平顶底板。顶板出现台阶是形成顶梁上方顶板破碎的主要原因。底板割不平，易造成推移运输机和移架的困难，不利于快速移架维护顶板，对顶板管理非常不利。
2．3及时处理小冒顶、杜绝大冒顶
(1)减少顶板的暴露范围和时间，当架前空顶大于0．3m时，先移架后割煤，并且先移不易冒落的两边支架以使顶板得到有效支护;当小范围冒顶高度超过1m或架前向里空顶超过0．6m时，必须及时维护处理，防止大面积冒顶。
(2)当出现小范围的“窗口式”持续冒落时，也必须停机维护，不得任其冒落而不处理。
(3)积极地做好周期来压的预测预报工作。由于顶板来压可加剧顶板的破碎，并易引起大范围的片帮和冒顶，因此应对顶板来压的时间和强度进行预报，以便采取措施，做到有针对性的控制。根据现场工作经验，201薄煤层综采工作面的周期来压步距约为15m。
(4)加大工作面两巷的超前维护距离和替棚距离。在棚顶棚腿尚未受力破坏的情况下替棚，易于替出且对安全工作大为有利。
(5)特殊地段的维护措施。运输巷受采空区影响上、下两帮在超前维护外应及时补打贴帮柱并腰实帮部保护好煤体，保持上下两帮的稳定性，利于工作面运输巷道的超前维护。
3、结论
通过对201薄煤层综采工作面过背斜预防面前冒顶的综合控制，在工作面即将推到背斜轴前，及时调整工作面运输机倾斜角度，在确保工作面运输机上窜下滑量的同时，尽可能的减小工作面背斜轴在工作面的暴露面积，这样既有利于控制顶板，又减少了工作面的割矸量，既提高了毛煤质量又加快了生产循环进度。通过提前控制，大大改善了201薄煤层综采工作面的生产条件，也验证了工作面过背斜期间的顶板管理措施的可行性。但对不同的生产地质条件、顶板特性，还应做不同的分析，进一步提高高产高效薄煤层综采工作面的顶板管理水平。
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论文作者:胡云忠
论文发表刊物:《基层建设》2018年第30期
论文发表时间:2018/11/15
标签：顶板论文; 工作面论文; 煤层论文; 支架论文; 运输机论文; 区段论文; 超前论文; 《基层建设》2018年第30期论文;