工作麵老頂初次垮落機理的探討

摘要：文章對閘河煤田具有特殊性的5煤層頂初次垮落機理進行了03manbetx 、探討並製定了頂板管理的對策措施。

關鍵詞：老頂垮落；機理；探討與對策

1問題的提出

5煤層是淮北礦區閘河煤田中南部礦井的主采煤層之一，據技術資料統計，5對礦井已回采了130餘個5煤層工作麵，其老頂初次垮落步距都在12～22m之間，80％以上集中在14～18m，屬於較破碎、易垮落的頂板。但是，近幾年來隨著礦井開采深和火成岩侵蝕的影響，南部兩對礦井相繼出現了幾5煤層工作麵老頂初次垮落步距大幅增大到38~48m的情況，特別是3510工作麵老頂初次垮落險些釀成重大頂板02manbetx.com 的使我們警醒！向我們提出了對這種具有特殊性的老頂初次垮落機理進行探討、認識、搞好頂板安全技術管理的問題。

（1）工作麵概況：3510工作麵位於351采區中部二區段，上限標高-283.6 m，下限標高-344.8m，位於其上的4煤層因火成岩侵蝕嚴重而不可采，大麵積侵入的4煤火成岩床構成了工作麵上分層老頂。工作麵傾斜長壁布置，放炮落煤，煤厚為2.0～3.4m平均厚2.8m，采高2.3m，傾角8°～12°，煤層賦存狀況較穩定。工作麵走向長390m，傾斜長157m，支護采用DZ25-25/100單體液壓支柱，HDJA-1000金屬鉸接頂梁，支柱穿直徑300mm塑鋼柱鞋，棚距600mm，設計支護密度1.67根/m²，支護強度為490kN/m²，三四排管理，放頂步距為1.0m，采空區處理采用完全垮落法。

（2）垮落經過。2003年11月8日夜班，3510工作麵已回采放頂46m。外觀看，采空區距放頂線10m以外垮落、充填比較充分（上端頭附近20m垮落不充分），放頂線10m內懸頂達1500m²。當班放炮後正在攉煤、掛梁，在沒有感覺到礦壓異常的情況下，工作麵突然來壓，采空區頂板瞬間大麵積切斷垮落，頂板垮落擠壓出的采空區暴風把腰巷距回采線10m處的一道簡易反向風門衝垮，將距上出口20m處麵向老塘取料的工人朱某仰麵衝倒（事後03manbetx 朱某恰好在出風口位置），暴風刮起的煤矸微粒嵌入朱某麵部淺表麵，造成發毛細血管破裂。突然顯現的衝擊地壓還造成工作麵1/3的單體液壓支柱三用閥被壓壞漏液、10多根單體液壓支柱被壓折斷、鉸接頂梁被壓成扁鐵狀，後兩排支柱普遍鑽底500～900mm。

由於事發前對老頂垮落的困難和危害有所預見，管理上始終保持了高度的警惕，初次放頂安全技術措施執行嚴格，支柱初撐力基本都保持在80～90kN以上，放頂線全承載切頂支柱、單排挑棚齊全正規，才沒有引發壓（推）垮工作麵，造成更大的02manbetx.com 及損失。

2對老頂初次垮落機理的探討03manbetx

2.1老頂的界定

根據工作麵地質資料，有一種觀點：把煤層上覆的1.0～1.5m厚泥岩及4.7～5.2m厚的中細粒砂岩共同劃分為直接頂，依據是砂岩之上有一層0.1～0.5m天然焦形成的弱麵。筆者不同意這種劃分，而認為：4.7～5.2m厚的中細粒砂岩頂板應屬於老頂的一部分，一是其厚度>1.5～2.0m；二是岩性堅硬，在采空區懸頂長度大大超過2.0m而不跨落。所以，3510工作麵的老頂應該由2部分構成：一部分為4.7～5.2m厚的中細粒砂岩及上覆的天然焦，另一部分為7.4～11.2m的淺綠色閃長岩。

2.2垮落帶與裂隙帶的確定

由於直接頂厚度僅1.0～1.5m，遠不足采高的2～3倍，而2部分老頂的分層厚度都在5m以上，屬於厚層難冒頂板，需要懸露相當大的麵積後才會垮落。因此層位、岩性不同決定了其在斷裂、旋轉、下沉、垮落觸矸的順序，程度不同，顯而易見：下分層老頂先於上分層老頂斷裂、垮落；相對而言，下分層老頂處於垮落帶，上分層老頂處於裂隙帶。

2.3老頂垮落機理的探討03manbetx

通過對3510工作麵初次放頂全過程的監測數據處理，分析，發現其老頂垮落分為4個階段如表1，並具有以下機理：

表1工作麵壓力顯現統計表

見表

(1)回采2m後，泥頁岩直接頂開始冒落，當放頂6～7m時，直接頂自上而下全部垮落，老塘充填高度1.5～2.0m。直接頂上部岩體沒有斷裂、下沉的跡象（8～10m後開始緩慢彎曲下沉）。

（2）回采14～16m時，下分層砂岩頂板開始有較明顯下沉並伴有斷裂聲響，但沒有發生垮落；工作麵後2排支柱有礦壓顯現，支柱工作阻力8～12Mpa，頂底板移近量50～100mm/m，回采17峒之後恢複正常。分析認為：這次來壓是下分層老頂的初次來壓，是下分層老頂雙支點岩梁跨度達到一定跨距時，產生的斷裂、下沉，這時下分層砂岩頂板與上分層老頂開始離合，上分層老頂仍然完好，在采空區上方呈雙支點岩梁狀態，沒有產生位移和形變，對工作麵不構成任何壓力。

（3）當回采到30～33m時，下分層老頂在距放頂線10m外開始切斷，垮落，10m範圍內頂板下沉加劇，全工作麵礦壓顯現非常明顯，支柱工作阻力從煤壁到放頂線達14～20Mpa，頂底板移近量120~200mm/m不等。分析認為：這次垮落是下分層老頂的初次垮落，同時也是上分層老頂彎曲、斷裂下沉，把自身及上覆岩體的重量疊加傳遞給下分層老頂岩體的結果。這時上分層老頂仍然沒有垮落（下部天然焦可能垮落），而是彎曲、下沉觸矸而形成砌體梁，在距放頂線10m範圍內下沉岩體的部分壓力造成了支架工作阻力和頂底板移近量的增大。

（4）當回采到46m時，出現了在沒有顯示征兆的情況下頂板瞬間大麵積切斷垮落，支柱工作阻力驟增到25～40MPa，頂底板移近量增大到200～400mm/m的情況，大麵積切斷垮落的頂板和驟增的衝擊地壓還造成了支柱三用閥、單體液壓支柱、鉸接頂梁折損，人員、通風設施被采空區擠出的暴風衝倒、損傷。分析認為：這次垮落才能視為老頂雙支點岩梁跨距達到了受力極限狀態，因放炮震動或某一次斷裂時，垮落的岩體一部分觸矸得到支撐形成新的力平衡，而距放頂線約10m範圍內的岩體的全部壓力通過下分層老頂懸露岩梁全部傳遞給了工作麵支架和煤壁。

3頂板管理的對策措施

（1）回采前，有關部門要掌握完整、準確的工作麵頂板數據資料，以利於在技術、完全管理上製定、采取針對性措施。有條件的礦井可以考慮回采前通過高位巷道打鑽注水，軟化頂板，以利於回采時老頂垮落。

（2）回采中，有條件的礦井對厚層難冒項板應該采取鑽眼爆破或強製放頂措施，促進老頂垮落。

（3）支護上必須堅持“初撐力第一，支、護、穩並重”的原則，適當增大支護密度，保證支柱有足夠的初撐力，支架有足夠的支護強度。同時必須保持齊全正規的全承載切頂支柱和單排挑棚，防止老頂落壓（推）垮工作麵。

（4）現場管理中要正確判斷、區分各分層老頂初次來壓、垮落的情況，切不可因混淆不清而發生管理失誤，要特別重視回采30m之後到老頂初次完全垮落前的安全技術管理。

（5）對老塘瓦斯大、直接頂冒不充分、老塘懸頂空間較大的情況，必須采取有效的瓦斯治理措施，防止頂板垮落時引發瓦斯02manbetx.com 。

（6）實踐表明回采時頂板鋪設塑料網（網格30mm×30mm），到老塘懸下之後可以緩衝老頂大麵積垮落時采空區暴風造成的危害。

（徐明新）