破碎頂板的管理及防治

破碎頂板系指巖層強度低、節(jié)理裂隙發(fā)育、整體性差、自穩(wěn)能力低，在工作面控制區(qū)范圍內(nèi)維護困難的頂板。破碎頂板極易發(fā)生漏垮型局部冒頂事故，給安全生產(chǎn)帶來許多不利因素。局部冒頂范圍雖然較小，有時不過在1-2或3-5架支架范圍內(nèi)，但它所占的冒頂死亡事故的比例卻很大，在人們的習慣認識上稱局部冒頂事故為“零打碎敲”事故，正因為這樣，往往容易被忽視。防止這類事故發(fā)生的難度要比防止大型冒頂事故的發(fā)生難得多，因此研究破碎頂板的冒頂機理和規(guī)律，尋找解決破碎頂板的支護和控制措施顯得十分重要，下面淺談一下因地質(zhì)因素而造成的破碎頂板冒頂事故的管理與防治。

1.0 破碎頂板冒頂?shù)臋C理及規(guī)律

破碎頂板多發(fā)生在斷層帶、褶曲、節(jié)理裂隙穿舊巷隙的地段，由于以上地質(zhì)構(gòu)造的存在造成該處的頂板下沉和節(jié)理裂隙的發(fā)育較嚴重，巖塊十分破碎，主要表現(xiàn)在頂煤或頂板強度較低，在礦山壓力的作用下極易斷裂折斷，有時頂板表現(xiàn)為較碎的幾米直徑的塊狀，甚至粉末狀。

1.1由于地質(zhì)變動過程中巖層受拉或擠壓、受剪切力的作用將巖層切斷形成斷層，破壞了頂板的完整性，使斷裂面附近頂板裂隙發(fā)育、破碎，斷層面間多充以粉狀或泥狀物，斷層面比較光滑，使上、下盤間的巖石無粘結(jié)力，尤其是斷層面成為導水裂隙時，更是彼此分離而且構(gòu)造應(yīng)力和殘余應(yīng)力改變了原巖的應(yīng)力場分布和應(yīng)力的大小，因此，斷層附近容易發(fā)生局部冒頂，而且改變了初次放頂、初次來壓、周期來壓步距，使頂板管理失去了規(guī)律性。

1.2由于地殼運動使地層巖石不再能承受住水平壓力而出現(xiàn)褶曲，使褶曲內(nèi)的構(gòu)造應(yīng)力和殘余應(yīng)力影響到原巖層應(yīng)力場的分布和應(yīng)力的大小，容易在背斜和向斜區(qū)域聚集大量的彈性能。特別是小褶曲在受采動影響時，使頂板局部破碎，垮落的破碎巖石易推倒支架，引起局部冒頂。

1.3由于煤層受擠壓作用的影響，使擠壓的煤、巖層變薄，而且頂板擠壓后會形成許多節(jié)理、裂隙滑動面，使頂板大多變的非常破碎，工作面在經(jīng)過破碎面時，容易造成局部冒頂。由于原生或構(gòu)造的影響，使煤、巖層存在大量的節(jié)理、裂隙，這些節(jié)理、裂隙使頂板形成了單獨、孤立的“人字形”、“草帽花”、“鍋底石”等形狀的巖塊，由于其單獨和孤立性，容易脫落造成局部冒頂，甚至有時把支架推倒，造成大冒頂。原生或構(gòu)造裂隙因與工作面的位置關(guān)系不同而會造成不同的冒頂事故，主要是節(jié)理裂隙面與工作面線的關(guān)系不同而造成傘檐、探頭煤、頂板下沉、水平移動、臺階錯動，特別是在頂板具有含水層或老塘積水條件下，傾向煤層的斜裂隙使回采空間淋水增加，降低了直接頂?shù)膸r石強度，從而造成工作面片幫、局部冒頂，甚至造成大面積推倒棚的冒頂事故。

2.0 對破碎頂板管理所采取的措施

破碎頂板的主要特點就是其破碎性。破碎頂板允許暴露的時間較短，暴露面積小，如得不到及時支護易發(fā)生漏頂事故，如得不到及時有效地控制，漏頂范圍越來越大，造成較大的冒頂事故，為了防止破碎頂板發(fā)生漏跨型災(zāi)害，必須在局部發(fā)生以前就要妥善地控制住頂板，使其不形成薄弱環(huán)節(jié)或者在發(fā)生局部漏頂以后及時加以封堵，加強支護、限制局部漏頂?shù)拿娣e進一步擴大。為此，根據(jù)破碎頂板的冒頂機理規(guī)律，防止局部冒頂事故的發(fā)生，必須采取有針對性的措施。

2.1加強生產(chǎn)地質(zhì)工作，在工作面回采前必須提供詳細的地質(zhì)說明書，包括工作面地質(zhì)構(gòu)造變化、斷層產(chǎn)狀、褶曲和破碎帶、節(jié)理裂隙、水的情況。

2.2采區(qū)技術(shù)員和主管工程師在回采過程中，必須及時掌握工作面的斷層的性質(zhì)、小褶曲的構(gòu)造、頂板巖性、破碎帶等實際情況，預(yù)測可能冒頂?shù)姆秶?、性質(zhì)，并制定切實可行的、有針對性的措施。

2.3加強職工培訓教育，使職工充分認識到局部冒頂?shù)奈：凹訌姽こ藤|(zhì)量的重要性。要求將工作做得很細，對采、支、回等主要工種人員要反復進行局部冒頂機理的教育，要總結(jié)防止局部冒頂?shù)慕?jīng)驗，把局部冒頂事故的發(fā)生控制在最小的范圍。

2.4加強循環(huán)進度和作業(yè)工序管理。單體支柱工作面，由于支護阻力較小，頂?shù)装逡平看?，在我礦工作面日進2米和2天進1米的頂板破碎狀況就有明顯差別，只要達到日進2米，就很大程度的改善了頂板狀況，保證了頂板的完整性。在作業(yè)工序上，保證落煤和放頂不同時進行，杜絕因放頂與落煤同時進行而造成局部冒頂。

2.5節(jié)理裂隙發(fā)育的鑲嵌形頂板，大多發(fā)生煤壁側(cè)，時間大多在放炮后，在永久支架尚未建立的空頂階段內(nèi)，因此，我礦采用超前掛梁、提前打探板等方法，縮短梁端至煤壁的距離來控制局部冒頂。

2.6及時超前支護、插背嚴實處理局部空頂（空洞）來防止冒頂及抽冒，當直接頂因頂板破碎、疏松而冒頂形成空洞時，要及時在空頂區(qū)域架設(shè)木垛、插背嚴實。

2.7加強對落差較小的小斷層帶處的支護。我礦現(xiàn)場作業(yè)時將斷層與工作面斜交，盡量縮小斷層與工作面的接觸面，采取局部依次過斷層的方法；并在局部過斷層處采取延長控頂距、密集插背，質(zhì)量達到“穩(wěn)”、“緊”、“均”、“齊”的辦法；待放頂步距增大后，再一次回收斷層處的支柱；放炮落煤采取打淺眼、少裝藥、放小炮的控頂辦法來減少震動破壞。由于采取了加密支架、縮小控頂距、斷層附近打木垛、斜撐支斷層面、放小炮等措施，從而達到了斷層帶處有效控制局部冒頂?shù)男Ч?/p>

2.8破碎頂板巖層大多已經(jīng)喪失了自身的支持能力，此時頂板巖層只有靠支架支持才能維持穩(wěn)定，作用在支架上的力量是既定的破碎巖塊的“定載荷”重量。綜采、綜放工作面必須做到破碎頂板杜絕漏頂現(xiàn)象的發(fā)生。一旦發(fā)生漏頂現(xiàn)象造成支架頂梁上方發(fā)生了空洞，使支架無法對其上方頂板進行有效支護而使其處于無支護狀態(tài)時，在礦山壓力的作用下就會繼續(xù)發(fā)生斷裂折斷以至漏頂。為防止局部漏頂，首先要考慮到支架的選型，防止支架前梁及伸縮前梁段相鄰支架間的架縫過大，我礦原來選用的zfsb4400／16／28型支架，前梁與伸縮前梁段相鄰支架間的架縫有時達到了0.2米以上，破碎頂板的碎煤、碎矸極易從架縫中漏下而造成支架上方空頂，以致經(jīng)常發(fā)生冒、漏頂事故。后來的zfsb3800／16／28型支架有所改進，大大減少了漏頂事故的發(fā)生，在支架本身存在缺陷的時候，為減少破碎頂板漏煤、漏矸現(xiàn)象的發(fā)生，我礦采用了在有頂板破碎預(yù)兆之前鋪菱形網(wǎng)的辦法加強預(yù)防從而達到了預(yù)期效果；在頂板發(fā)生根本好轉(zhuǎn)的情況下停止鋪網(wǎng)，從而又減少噸煤成本。姚橋礦采煤三隊使用的yfj2200／16／24型放頂煤液壓支架，架縫更小，幾乎沒有發(fā)生過漏煤、漏矸現(xiàn)象而發(fā)生冒、漏頂事故。

2.9破碎頂板的漏頂現(xiàn)象不僅發(fā)生在支架架縫，更多的發(fā)生在支架前方，即梁端位置，由于支架本身無法支護到梁端位置，梁端位置處于空頂狀態(tài)。對于綜采、綜放工作面來說，最好盡量減少梁端距，如有可能梁端距為零最好。在片幫嚴重的工作面，支架本身無論如何也不能支撐到煤壁而留下無支護空間，在這種情況下，要采用臨時支護的辦法來控制頂板。我們采取的措施是利用直徑大于300mm、厚度大于150mm 、長度2.4－3m的半圓木進行一梁三柱緊貼煤幫進行臨時支護，當采煤機割到該位置時進行更改單體，這種辦法在收面期間較為實用，在平時的正常回采過程中相對影響時間較長，針對后一種情況，我們可采用直徑28mm或直徑32mm 的螺紋鋼在支架前梁下0.1m處向煤體里打設(shè)走向超前。根據(jù)頂板的破碎度確定螺紋鋼的間距，螺紋鋼的間距一般控制在300－500mm之間，螺紋鋼的打設(shè)一定要跟工作面的仰俯角基本保持一致，防止螺紋鋼竄入支架下方影響生產(chǎn)。打設(shè)螺紋鋼對頂板能起到支撐作用，為防止在過支架過程中老塘側(cè)螺紋鋼被頂板壓下，可在支架上設(shè)半圓木或大板給螺紋鋼一個支撐點，打設(shè)螺紋鋼的方向盡可能垂直斷層面。

2.10在過破碎頂板時，支架工要堅持采用帶壓擦頂移架，盡量減少頂板下沉量，為增加支架帶壓移架速度，可根據(jù)工作面支架高度選用配套的單體過支架，將單體底部打在相鄰支架的底座窩內(nèi)，上方打在要移支架的前梁上方進行協(xié)助移架，同時煤機司機在過斷層時要避免進刀位置選在斷層附近，同時割煤時盡可能滿足從斷層的上盤向下盤推進顯著頂板和斷層面的摩擦力支撐。因此加強工作面的現(xiàn)場管理、規(guī)范職工的操作行為十分重要。

通過對破碎頂板的冒頂特點及機理規(guī)律進行分析，我們采取了以上的一系列措施，使我礦頂板的局部冒頂事故得到了控制。因此，為了有效控制局部冒頂，必須制定控制局部冒頂?shù)尼槍π源胧訌妼ζ扑轫敯宓墓芾砼c觀測，并對局部冒頂事故進行統(tǒng)計，總結(jié)規(guī)律，以便采取對策，做到防患于未然，減少甚至杜絕破碎頂板漏冒頂現(xiàn)象的發(fā)生。