综采工作面过断层时的顶板控制技术

＊程 岩

（山西汾西矿业集团高阳煤矿 山西 032306）

引言

综采工作面遇到断层时，受采动和结构应力之类的因素影响很可能导致煤壁片帮、顶板破碎和端面距增大等情况发生，严重的时候会发生冒顶事故。使用液压支架支护顶板破碎区域时，需要具有足够的支撑力，可以在受损区域支护工作面，进行正常工作。同时，在移动支架的过程中，工作面顶板容易冒落，并且可能在工作面上发生安全事故。因此，在综采工作面顶板跨落期间，必须根据实际情况选择有效的对策，例如合理控制过断层的顶板。

1.煤层赋存及煤质

(1)煤层赋存情况

本工作面开采太原组9－10－11#煤层，其邻近的21105工作面煤层总厚度平均约8.02m，煤层结构为4.9(0.05)1.1(0.25)0.92(0.3)0.5，属复杂结构煤层，稳定可采，煤种为瘦煤。煤层倾角最大18°，最小0°，平均5°。

(2)工作面基本参数

表1 工作面概况表

(3)工作面储量计算

工作面工业储量=608×209×8.02×1.35-95923.2=127996.8t

工作面可采储量=(1455213.4-95923.2)×0.88=1126370.8t

式中：608m为走向长度，209m为倾向长度，95923.2t为陷落柱及断层损失量，8.02m为煤厚，1.35t/m³为煤层容重，0.88为回采率。

(4)停采线

21105工作面采至21105回风联巷口70m时停采。

(5)顶底板情况

表2 煤层顶底板情况

2.综采工作面过断层期间的安全隐患

断层是由于地壳运动导致的，断层会导致综采工作面推进困难，甚至可能威胁工人的安全。挖掘期间遇到的主要危险包括：首先，如果在回采过程中遇到的断层越多，顶板上的压力就越高，就会发生最严重的冒顶事故；其次，煤矿中存在的水源和有害气体如果通过工作面裂隙进入工作面会对相关人员构成危险；第三，支架的支护效率低。当使用支架顶梁支护并加固损坏区域的顶板时，由顶梁形成的力会增加对顶板的破坏程度，这样会降低顶板的支护效果。

3.工作面过断层问题分析

（1）工作面和煤壁严重破损。工作面采用顶板控制技术。顶板的厚度为8.8m。当过断层回采时，会受到结构应力、采动应力和周期性压力的影响。工作面顶板上的岩层破碎，从而降低了顶板的承载能力。煤矿在工作面上，切割支架顶梁的动作会严重损坏端面的顶板，并伴随着大面积的坍塌，这无助于维护顶板的安全。

（2）支架的支护作用低。当支架的顶梁在断层破碎区支护破碎的顶板时，顶梁产生的垂直向上的工作阻力进一步加剧了顶板的破坏程度。支护阻力越高，工作面破坏程度就越大。支架顶梁的来回运动会导致顶板岩体破碎，从而在支架顶梁上方产生“空心”现象，导致支架在顶板上的支护效果不足。

（3）工作面断裂。在工作面回采期间，工作面前方5-10m的范围内会产生预应力区域，该预应力会对工作面产生破坏性影响。穿越断层带时，如果运输巷侧煤柱的承载力较弱，则顶板可能会在连接处破碎，并且随着工作面的移动，破碎带会继续增加。在工作面的受损区域中，工作面损坏更为严重。

（4）煤层勘探不足。工作面采用直接水平推动方法穿越断层。断层岩石在断层期间破碎。由于断层的下降量为1.5m，故断层上升。工作面上的煤层厚度为12.3m。直接穿过断层时，断层悬挂壁上的煤穴高度变高，顶部的煤矿不足。在采空区中，大量的煤保留在采空区中，这对采空区没有支撑作用。

4.综采工作面过断层时的顶板控制技术

(1)深孔爆破对煤层的初步分解

首先，煤层与岩层之间的深孔处理提供了一种特殊的冲击波，不会破坏煤层，从而使煤层开裂。裂缝和工作面相互平行，在开采过程中煤层通过缝隙掉落。然后，在完成预分割处理后，将能量集中放在同一组光滑孔中。在炸药管中放置一些矿用乳化炸药或毫秒级延迟电雷管。一组光滑的表面可以一次，同时从孔的内部到外部依次进行。

(2)穿越故障时的顶板控制

断裂带、褶皱、无炭柱以及火成岩形成了构造带，在这些变化带之间经常发生断裂。当整个工作面通过断层时，顶板经常会被严重破坏，支架无法支护顶板，顶板会变形，矿井坍塌。如果工作面的一部分发生大规模坍塌，将无法继续工作。坍塌的发生有很大的影响因素。研究表明，断层高度与煤炭采出量成反比。例如，如果压碎的区域结构合理，则围岩相对较硬并且可以被剪切，因此影响很小。如果压碎区域的结构不良，围岩柔软且容易掉落，围岩特别坚硬，则只有这种功能性爆炸才能通过，工作面的受损区域会变得越来越大。如图1为顶板控制技术施工图。

图1 顶板控制技术施工图

发生坍塌时，会出现岩石压力的异常特性。支护物通过时的共同特征：首先，工作面坍塌的速度明显加快。第二，减少加固支护，但是当压力通过被破坏的受损区域的两侧时，压力却增加了。第三，建立支撑是复杂的。完全机械化的采矿可以使用多种方案穿越断层，但是随着断层下降，根据煤层的厚度、支架的类型、围岩的柔软性和硬度差异，有三种选择。首先，如果煤层的厚度与支架的最小支护高度之间的差大于断层，则通过调整切割高度直接穿过断层。如果在工作之前有相关的问题，可以使用提高采高来通过。如果压碎顶板损坏，则必须在顶梁周围铺设金属网，同时通过相关方法防止损坏。其次，如果断层坍塌比较大，则应采用剪切切割的方法。如果周围的岩石非常坚硬，则应使用振动炮和爆炸的方法。第三，当破碎面积的减小与煤层的厚度相同时，通常不使用硬化方法，使用此方法会消耗大量木材。

(3)灌浆加固结构

当一个完全机械化的矿井表面穿过破碎区域时，会导致顶板损坏，切片，端面距离增加以及工作面的顶板破碎，因此有必要在矿井采用一种具有化学功能的聚合物材料，并采用更坚固的工作面。该材料具有成本低，有效性高和易于干燥的优点。缺点是不能在周围的岩石中添加空隙，关键是硬化煤层壁，并且必须通过倒置钻探方法加固顶板。开挖工作完成后，煤层和顶板井然有序。

(4)对煤矿防撞楔的预支护

当将凝固的浆液注入岩石中以形成顶板只能支护一段时间。长时间没有支护顶板，会损坏顶板。因此，在完成金属网之后，通过插入板法来支护顶板。滑动板支护方法是贯穿软岩层和破碎岩层的常用方法。煤层壁和顶板之间的接缝垂直于煤层壁。综采工作面的关键是要用钢制的支护。板条支架应成排构造，完成一排后，将液压支架和支架与压力擦拭顶部移动框架结合在一起。在下一列的构造完成之后，按此顺序继续进行，直到下一列的构造完成。

5.结束语

基于断层带顶板上煤层的深孔爆破开裂，工作面厚煤层在中断带的后半部塌陷。通过对端面破损的顶板和支护锚索梁选择聚氨酯纤维网，可以有效地延缓端面的破顶现象，并可以改善煤墙板。同时，为了提高支护的有效性，在工作面移动的过程中，要确保支护的顶板和顶梁之间完全接触。另外，工作面基煤体配备了先进的支护，有效提高了预应力区的顶板稳定性，使工作面安全高效，可以保证良好的开采。