大倾角综采工作面片帮冒顶原因分析及控制

２０１０年第１期　煤矿机　电　·９９·　大倾角综采工作面片帮冒顶原因分析及控制　王国海，余芝云　（盘江精煤股份有限公司山脚树煤矿，贵州盘县５５３５３６）　

摘要：　煤矿综采工作面在生产中经常发生片帮冒顶事故，不仅使工作面产量降低，同时对人身　安全造成严重威胁。通过对综采工作面片帮冒顶的机理及特点进行分析，提出综采工作面片帮冒　顶的控制措施。　关键词：　大倾角工作面；片帮；冒顶；控制　中图分类号：ＴＤ７１３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００１—０８７４（２０１０）０１—００９９—０３　

Ｃａｕｓｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　Ｒｉｂ　Ｓｐａｌｌｉｎｇ　ａｎｄ　Ｒｏｏｆ　Ｆａｌｌ　ｏｆ　Ｆｕｌｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ　Ｗｏｒｋｉｎｇ　Ｆａｃｅ　ｉｎ　Ｉｎｃｌｉｎｅｄ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｐｌｙ　Ｐｉｔｃｈｉｎｇ　Ｓｅａｍ　

ＷＡＮＧ　Ｇｕｏ一　０　．　Ｚ　—ｙｕｎ　（Ｓｈａｎｊｉａｏｓｈｕ　Ｃｏａｌ　Ｍｉｎｅ，Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ｐａｎｊｉａｎｇ　Ｒｅｆｉｎｅｄ　Ｃｏａｌ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｐａｎ　Ｃｏｕｎｔｒｙ　５５３５３６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｉｎ　ｆｕｌｌｙ　ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｉｎｇ　ｆａｃｅ，ｔｈｅ　ａｃｃｉｄｅｎｔｓ　ｏｆ　ｒｉｂ　ｓｐａｌｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｒｏｏｆ　ｆａｌｌ　ｃｏｍｍｏｎｌｙ　Ｏｃｃｕｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｏｕｔｐｕｔ　ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｔｏ　ｔｈｒｅａｔ　ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ　ｈｕｍａｎ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｆ　ｒｉｂ　ｓｐａｌｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｒｏｏｆ　ｆａｌｌ　ｉｎ　ｆｕｌｌ　ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｆａｃｅ　ａｒｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ａｎｄ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｒｉｂ　ｓｐａｉｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｒｏｏｆ　ｆａ１１　ｉｎ　ｆｕ１１　ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｆａｃｅ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｆａｃｅ；ｒｉｂ　ｓｐａｌｌｉｎｇ；ｒｏｏｆ　ｆａｌｌ；ｃｏｎｔｒｏｌ　

贵州盘江精煤股份有限公司山脚树矿自２００５　年采用综采以来，随着生产实践经验的不断积累和　专业人员素质的不断提高，综采机械设备的性能逐　渐得到了进一步的发挥，使得采煤机开机率有了明　显提高，工作面产量不断增加，经济效益得到了稳步　提高。　但是，山脚树矿在回采过程中，采煤工作面也发　生了严重的片帮冒顶问题，导致综采工作面产量和　效益的降低，同时对人身安全造成严重威胁。以下　分析片帮冒顶原因及其控制措施。　１地质概况　山脚树矿采面煤层和顶底板特征以５　煤层为　例，该煤层厚２．５～３．５　ｍ、倾角３６。～４８。、层理发　育、节理也较发育，夹石层有２层、夹石厚度０～０．６　ｍ、硬度．厂＝２～３、岩性为炭泥岩。厚度２．０５　ｍ的直　接顶岩性为粉砂岩或泥岩；厚度４．４８　ｍ的直接顶为　泥质或粉砂岩；基本顶厚２６．１　ｍ，含粗粒、砂岩，基　本底厚１０．５　ｍ，为板岩。　２工作面片帮冒顶的特点　（１）在中等稳定或不稳定顶板条件下，遇有节　理发育或松软煤层，先片帮后冒顶，继而片帮冒顶交　替出现。　（２）遇有局部伪顶或直接顶岩块破碎垮落，使　支架接顶不好，造成局部顶板岩层悬空，遇设备故障　或移架操作不当，就会导致顶板悬空岩层再次垮落，　发展成为较大规模的片帮冒顶，即“小冒引大冒”。　（３）地质破碎带或煤岩松软带，易引起片帮冒　顶，其特点是在破碎带附近长期连续发生，直至过完　破碎带为止。　随着液压支架的反复卸载，不断破坏岩层的暂　时平衡状态，使片帮冒顶范围反复发展与扩大。　

３工作面片帮冒顶原因　（１）矿压因素　矿压因素有承压煤壁或周期来压导致矿压显现　异常，引发片帮冒顶事故，在回采工作面２４，４０　架　１００·　煤矿机电　２０１０年第１期　处，由于电牵引机组在平均４２。大倾角工作面不能　正常运行，机组牵引电机及扭距轴（电机保护轴）频　繁发生问题，工作面不能向前推进，在这一地段片帮　比较严重，这就是由于承压煤壁影响造成回采过程　中局部应力增高而导致煤壁片帮及架前冒顶。　（２）地质因素　地质破碎带或煤层松软带，引起片帮冒顶，１５　３６　支架处的煤层裂隙发育，而且切眼掘进时该处　巷道超高，装面的支架没有接顶，另外该处煤层薄　（一３　ｍ），机组割煤后留不住顶煤导致支架顶空，支　架长时间钻不进煤壁。　４防治片帮冒顶的措施　（１）安装支架的防滑防倒装置　在处理顶空支架的过程中先从１　～４２　支架每　架安设防滑防倒千斤顶，防倒千斤顶采用缸径７０　ｍｍ、行程５００　ｍｍ的千斤顶，将４００型输送机链条一　端连在下方支架的顶梁防倒眼上，另一端连在上方　支架的顶梁防倒眼上；后底座防滑千斤顶同样采用　缸径７０　ｍｍ、行程５００　ｍｍ的千斤顶，配以２２０型输　送机链条一端连在下方支架的后连接杆上，另一端　连在上方支架的后挡板防滑连接眼上。发生了架前　冒顶事故后为了使工作面支架的整体性不受影响，　防倒防滑装置向上安装至５０　支架处，这在处理冒　顶事故中起到了很大的作用。　（２）冒落矸石的处理　冒顶事故中导致２７　支架以下堆满煤矸，已无　法行人及通风不畅，所以首先是解决工作面的行人　及通风，把清理工作面的浮煤碴放到首位。　（３）控顶及防止煤壁片帮　浮煤渣处理完毕后进行冒顶区的维护工作，为　防止该处再次发生冒顶、梁端漏碴及煤壁片帮现象，　同时也为了每一名作业人员能在安全环境下作业，　所以该处必须先进行临时支护，然后加固煤帮起到　控帮控顶的作用，最后进一步加固煤帮及顶板进行　工作面的回采工作。　在４　一３０　支架间煤帮注入直径≥１６　ｃｍ半圆　吊环（间距≤０．５　ｍ），吊环长１．５　ｍ，注入煤帮深度　为１．３　ｍ，半圆吊环采用直径为３２　ｍｍ螺纹钢制成。　因１６　～３０　支架仰斜角度大，支架梁端较高，无法进　行打眼，所以先在离煤层底板１．５　ｍ处的煤帮注入　吊环，用长度为４　ｍ的圆木布置工作平台（圆木用　８　钎丝绑牢），以方便作业人员进行操作。然后在支　架顶梁前端下偏２０　ｅｍ，并以下偏５。的角度打设吊　环进行临时支护。在半圆吊环和支架前梁之间放长　度为４，４　ｍ的圆木，支架端圆木形成平面并和支架　前探梁绑牢固，圆木顶部用板梁搭接接顶，并固定。　架问石头用长柄工具站在作业地点的斜上方挡煤板　后部进行撬落。　（４）加固煤壁　首先在栅顶顶板间隙处打点锚控顶，然后在支　架顶梁正对处以上斜４５。打设点锚控帮控顶；最后　在煤壁打三排锚梁加强支护，问排距均为１　ｍ；注帮　锚杆采用２．４　ｍ的顶锚杆代替，并且所有点锚上大　托板。采取锚索固定钢丝绳的方法对顶板进行加强　支护，在４　～３５　支架梁端及煤壁之间顶板布置两条　钢丝绳，两头及中间采用１５０型输送机链条和钢丝　绳连接牢固，锚索间距为３　ｍ。　（５）移溜及拉架　顶帮控制完毕后开始移溜及拉架，在４３　支架　正对煤壁掘一绞车硐室，规格为深５　ｍ、宽２　ｍ、高　２．１　ｍ，通过挂导向滑轮进行调架。导向滑轮固定在　４３　支架后尾梁十字连接杆上，通过支架四立柱和被　调支架连接，避免了钢丝绳伤人现象。拉架的过程　中及到位后必须把支架的后尾梁放下，后插板插住，　以防采空区煤矸滚人工作面。为了保证作业人员的　安全，拉支架工在四立柱内操作，改作邻架操作，调　架小千斤顶用上方邻架手把远控操作。　（６）固化煤体　注浆固化煤体，以进一步控帮控顶，并针对工作　面现状及注浆投资控制在最小范围内采用了瑞米加　固Ｉ　及１Ｖ　（Ｇｅｏｆｌｅｘ）注浆液做为充填材料。　工作面煤层厚～２．５　ｍ，煤层直接顶为页岩、粉　砂岩，局部为炭质页岩，无伪顶，工作面斜长为１２０　ｍ，局部倾角达４８。，根据煤层及工作面倾角情况制　定了如下方案，并根据现场实际条件进行了调整。　１）确定施工地点：该工作面现安装液压支架共　８Ｏ架，按现采面实际情况，施工地点为按现支架编　号定在１　架至４５　之间，布孔范围７０　ｍ，加固范围约　７５　ｍ。　２）确定加固孔布置方式：由于工作面顶板构造　处裂隙发育，煤质较松，并考虑到工作面煤层顶板，　结合本加固材料性能，材料扩散半径按２．５　ｍ考虑，　打２０个钻孔，倾向垂直煤壁偏向顶板布置，孔间距　３．５　ｍ，孔深３．０　ｍ，加固孔布置在支架前梁正对处。　（下转第１１１页）　２０１０年第１期　煤矿机　电　·１１１·　根据钻场迎头不同情况，采用了２种不同封孔方法。　１）水泥沙浆直接封孔法　如图１所示，直接下扩孔管到钻孑Ｌ中，扩孔管直径为　０１０１．６　ｍｍ（４英寸），长度为１．５　ｍ，扩孔后钻孔直径达到　０１　１５　ｍｍ，利用外端的法兰盘直接与抽放支管联接，下ＰＶＣ　管到钻孔中，ＰＶＣ管直径为０３８．Ｉ　ｍｍ（１．５英寸），管外端　与法兰盘固定直接插入钻孔，长度１０　ｍ，ＰＶＣ管与钻孔间隙　直接用海绵推入至ＰＶＣ管末端，以ＰＶＣ管不松动为准（海　绵主要起滤浆作用），然后用０１０１．６　ｎｕ＇ｎ（４英寸）注浆管通　过压风管路进行注浆，注浆管长６００　ｍｍ，在施工仰角钻孔　时，注浆水沿ＰＶＣ管末端流出。施工负坡度钻孑Ｌ时，ＰＶＣ管　末端安装挡板，注浆以ＰＶＣ管固定牢固为注浆结束。　２　图１水泥沙浆封孔示意图　１一法兰盘；２一ＰＶＣ管；３一扩孔管；４一注浆管；５一海绵体　２）聚胺脂封孔方法　封孔管使用０５０．８　ｍｍ（２英寸）钢管，在两端各焊一个　挡板，挡板直径略小于钻孔直径，将一块０．７　ｍ　Ｘ０．７　ｍ毛巾　的一边固定在两个挡板之间。封孔时，先将聚胺脂药包Ａ　型１０包（２０ｇ／包），Ｂ型１０包（２５ｇ／包）倒在容器中迅速搅拌　均匀，将封孔管上的毛巾展开，将混合液体均匀糊在毛巾上、　边糊边卷、然后将封孔管插进钻孔中的预定位置，整个过程　必须在３　ｍｉｎ内完成，其密闭性能好。　通过以上２种封孔方法比较分析，水泥沙浆直接封孔法　较为适用，封孔效果好，密封严密，施工工艺简单，施工方便，　容易操作。　３效果分析　从实际测试数据及经验总结分析封孔长度对抽放负压、　抽放浓度及抽放量影响较大，根据４　、５　钻场的抽放实际效　果，当封孔长度在５　ｍ时，虽抽放流量较高，但抽放负压很　小，说明钻孑Ｌ有漏气现象，没有形成很好的气密空间；封孔长　度在１０　ｍ时，抽放负压达到最佳状态，抽放浓度也有所升　高。并且在保证抽放管路不漏气的情况下，抽放浓度较稳　定，持续时间～１０　ｄ。具体数据见表３。　表３封孔长度与抽放负压、浓度、流量对照表　封孔长度／ｍ抽放负￣／ｋＰａ抽放浓度／％抽放流量／ｍ　·ｍｉｎ　Ｉ１