刀柱下复采工作面顶板活动规律探索

袁 兴

（山西兰花集团莒山煤矿有限公司，山西 晋城 048000）

1 F203 工作面概述

1.1 地质形势概述

南翼二采区工作面的莒山F203 工作面，具有73 m 的平均采深，运输巷和回风巷在二采区的运输联络是回风相联工作面完成，北面为采区保安煤柱，西面为原204、206、208、210 刀柱工作面（上层已回采），南面为矿界保安煤柱，东面为原204、206、208、210 刀柱工作面（上层已回采）。掘进过程中已揭露原二采区204、206、208、210 上层已回采刀柱工作面,顶板为原上层刀柱工作面垮落后锈结的假顶，该分层厚度为3.0 m，倾角为1°～8°，在回采过程中会出现煤层片帮、顶板破碎等

1.2 开采工作面所选用的技术装备

工作面的倾斜分层是走向长壁的方式，采煤方法是机械化综合顶板留煤皮，工作面采煤机的型号选择MG150/375-W，液压支架的掩护支撑式型号是ZZS3800-1550/2500，输 送 刮 板 机 型 号 是SGZ630/180。工作面是3.78 m 的最小控顶距以及4.38 m 的最大控顶距。自然垮落法是工作面选择的控制顶板方案[1]。

2 观测方法和具体内容

工作面的测区有3 个，包含上和中以及下，而数字压力计的本安型矿用YHY60（B）有6 个，可以实时监测工作面状态，除此以外工作面有一个压力表是厂家自带，另一个型号是KDJ-1，各被安装于每个支架中。

观测方式采用顺槽：

1）观测位移采用顺槽方式：一共有11 组的回风顺槽和12 组的运输顺槽，而巷口F2031 到采回风巷共有6 组，每50 m 必须进行一次记录。

2）单体柱超前检测压力：3 m 1 组，2 次1 班。

3 观测结果记录

1）回采初期的工作面为高低不平的煤层底板，因为煤质较软，F2032 巷在工作面首次来压的6 m 内影响最大，支柱因为软软的机头而出现陷落，严重变形的巷道无法畅通的前进机尾，多架卸液36 架往后的位置是集中的工作面压力，较多的漏矸会严重冒顶上方支架的工作面，无法轻松容易的破矸工作面，会减慢生产速度。

2）首次过煤柱的工作面采取了相应的对策，尤其是煤柱宽度超过5 m 的采取强制放顶。强制放顶工作面后，前期基本没有影响，工作面位于装药量和炮眼位置的第3 煤柱后，出现了严重的片帮冒顶是在24～26 架范围的炮区，无法轻易破矸就直接减慢了正常生产速度[2]。

3）回采采空区的工作面时，未出现明显的压力，也不片帮煤壁，工作面具备什么样的煤质便会出现什么程度的冒顶，移架时遇到煤软，则破碎顶板便会冒落，生产状况与工作面落入的矸石密切相关；工作面支架遇到煤硬时，煤顶可以被托住并完好的保持，回采采空区第四煤柱的工作面会出现少量煤的冒顶，而落矸很少。回采采空区得工作面，依据《规程》[3]可以顺利实现1 班两循环的计划，工程作业也相对稳定。

4 观测数据分析

4.1 显现的压力规律

回采工作面是周期性明显的来压方式，不过无法确定来压步距，主要靠煤柱回采时的留设状态以及刀柱上分层面去确定最终的来压步距。

回采上分层的方式选择了刀柱去帮助集中应力点变为煤柱，所以工作面复采的矿压规律显现区别跟回采工作面的普通分层不一样，性质特殊。

1）回采采空区的工作面：没有片帮的工作面煤壁，不具备明显的压力显现，更不会发生冒顶，完整顶煤依靠的是坚硬的煤质。大约24 MPa 是合适的泵站压力，可以杜绝窜顶现象。

2）回采煤柱工作面时：工作面的左右两边深入煤柱的程度达到3 m 左右时，此刻若工作面来压，就会发生严重片帮冒顶的煤帮，有的甚至不止2 m 的片帮宽度，导致顶板会被冒顶接触，部分矸石因为放顶会变得过碎或者过大，都无法顺利回采工作面。快速推进工作面是顶板完好无缺的前提，顶板在工作面没有到达下一循环时便出现了垮落，这就发生了冒顶事故，如此恶性循回应定会阻碍顺利推进工作面。

4.2 顺槽明显的压力标志

1）煤柱范围的压力是工作面传递超前压力程度的前提。工作面普采方式区别于顺槽工作面，而且只有范围有限的超前影响，基本在20 m 内，达不到的要求。影响最大的一次是3 m 外的煤柱，是受水仓外帮的巷道影响。来压表现为：顺槽中部折的木棚梁受到严重的来压时，会出现不同程度片帮发生于顺槽煤帮，所以，煤帮要加装煤柱周围的背帮方式，即采用加挂金属网。

2）顶底板的顺槽是显现的移近量：回采采空区的工作面复采时，基本不影响顺槽位移，顶底板在煤柱范围的工作面出现来压时会发生30 cm 左右较大的移近量，有的甚至超过了60 cm，工作面会出现低于1.8 m 的两端头高度，不适合人员顺利进出。

顶板来压变化情况，图1 为工作面机头部、中部以及机尾压力情况图。

图1 工作面机头、中部以及机尾压力曲线图

4.3 运转支架的主要特征

矿山的压力计显示了以下结果：支架运转导致了增阻型存在于大部分采空区工作面中，但较低的采空区工作面压力大多是20 MPa 以内的占80%，回采煤柱工作面的后柱具备趋于零的较小的压力值，工作面仅在抵达煤柱内部或者周围时，才有20～35 MPa 左右的前后柱支架压力，会开启安全阀，不过仅造成滴液程度，因为较慢速度下缩活柱，不会出现死架，基本不影响生产。

5 顶板控制经验总结

1）需要回采工艺非常熟练，所以回采工作面操作不同工种的工艺需要规范，并且需要严格控制工程质量，保证支护的重要地位，尤其是支护前探梁的工作必须做好。

2）超前支护必须着重加强煤柱跟前的地方，保证坚实有力的超前顺槽支护，所以至少需要90 kN的初撑单体柱力，遇到工作面端头来压时也具备合理的出口高度。

3）炮眼装药量布置合理后才能强制放顶，控制放顶时间合理，才能完美的卸压，才不会严重损毁顶板。

4）冒顶工作面的状态，会耗费大量时间处理矸石，减缓生产进度。片帮工作面大于1 m 时过宽，前探支架的工作面完成梁伸时，护帮动作不能实现超前移架，支架前和顶梁都不具备合理的的护帮。

5）硐室布置减少在顺槽的安装，保证采空区进行必然的布置，避免布置于煤柱中。

6）顺槽支护会受到工作面来压，所以不选择应力集中区的煤柱刀柱面，必须另外选择顺槽在工作面的复采位置，保证布置是上下重合与刀柱原面的顺槽方向，会取得较好的效果。

6 结语

要结合实际状态合理的完善安全回采工作面的措施，尤其是对工作面煤柱下的煤帮和巷道加强刀柱的管理，预爆破顶板的应用，以及强化质量监测可以减少冲击来压，对顶板控制有明显作用，可以保证工作面的经济效益以及安全程度。