超大采高综采面冒顶原因及预防处理措施探究

超大采高综采面冒顶原因及预防处理措施探究

曹建云

曹建云

国家能源集团神东煤炭集团分公司上湾煤矿内蒙古鄂尔多斯017209

摘要：随着矿井开拓延伸,开采深度的增加,地质条件趋于复杂,工作面涌水量增大,陷落柱、断层增多,给安全生产带来隐患。为了有效防止顶板事故的发生,对综采工作面局部冒顶原因从岩性组合和地质构造两方面进行了分析探讨,从而指导工作面现场生产管理。

Abstract:withtheextensionofminedevelopment,theminingdepthincreases,thegeologicalconditionstendtobecomplex,thewaterinflowoftheworkingfaceincreases,thecollapsecolumnandthefaultincrease,whichbringshiddendangertothesafetyproduction.Inordertopreventtheoccurrenceofroofaccidentseffectively,thereasonsoflocalrooffallinfullymechanizedminingfaceareanalyzedanddiscussedfromtwoaspectsoflithologiccombinationandgeologicalstructure,soastoguidethefieldproductionmanagementoftheworkingface.

1工作面回采情况

上湾煤矿12401综采面是12煤四盘区首采面，面长299.2m，推进长度5254.8m，设计采高8.6m。12401综采面煤层厚度7.56～10.79m，平均煤厚9.16m，可采出煤量1754.6万t。工作面上覆基岩厚度103～221m；上覆松散层厚度0～10m，主要是土黄色中、细粒风积砂，松散未固结。综采工作面煤层倾角1-3°，沿回采方向整体正坡推进。

12401综采面伪顶为灰色泥岩，抗压强度11.3～13.2MPa；直接顶为灰白色细粒砂岩，抗压强度13.3～15.2MPa；老顶为灰白色粉砂岩，抗压强度约14.5～36.6MPa；直接底为泥岩，抗压强度约10.59～24.31MPa。12401综采面顶底板岩性见表1：

12401综采面于2018年3月2日开始安装，2018年3月20日开始回采，工作面割煤6刀后，3月23日早班完成强放。

2018年4月17日中班交班时（工作面推进82m），工作面大面积来压（第三次周期来压），最大压力值506bar。工作面煤壁片帮严重，最大片帮深度1-1.5m，工作面顶板基本稳定，未出现大面漏顶。4月18日，12401综采面地表出现宽度约10mm，长度约3-5m的间断裂隙，确认工作面上覆主关键层已断裂。

4月24日早班，工作面推进119.6m时，工作面中部55-95#架顶板大面积来压（第7次周期来压），最大压力500bar。4月26日夜班，工作面三台乳化液泵全部故障，液压支架无法动作，工作面60-90#顶板无法及时支护，出现大面积漏顶。

2冒顶事故处理经过

12401综采面从4月24日中班工作面来压，50-90#架支架压力普遍在500bar以上，4月25日0:00班仅有3#乳化泵正常工作，支架动作慢，导致工作面出现局部漏顶。

图14月24日晚上21：41矿压数据

4月26日夜班接班，机头推进122.3，机尾推进103.2m，3台乳化泵全部故障，21-35#架向机头倒架严重，21-45#架采高8.5-8.8m,其余均在7.5-8.0m之间，整体采高较大；71-76向机尾倒架，65-90#还推不动，底板下坡又上坡，支架前倾溜槽上仰，推拉杆别劲；工作面中部滞后，75#架漏顶严重。4月27日夜班，工作面漏大块严重，需要放炮，准备注高分子材料。回风泵站中班调试，预计4月28日投用。

3处理工作冒顶采取的措施：

3.1注高分子材料

4月27日中班-4月30日早班，工作面在处理工作面漏顶，配合注高分子材料。12401综采面处理工作面漏顶，共施工钻孔43个，累计注高分子材料54t。

图2注高分子材料钻孔施工方式

3.2恢复生产期间主要措施

3.2.1成立恢复生产指挥机构统一指挥

总指挥：矿长

顶板管理专家：每班1人；

跟班矿领导：每班2人；

综采二队：跟班队长2人，煤机司机2人，支架工5人，岗位工3人，外围1人；

其他人员：各设备厂家跟班人员；放炮工；注高分子材料厂家人员。

3.2.2物资及准备工作

①氧气、乙炔各两套；25kg工字钢500mm长20根；长短道木各50根，短木板100块；风镐3台，薄皮带5条，铁锹20把，扩音电话；矿用炸药。

②生产前必须安排各组对设备进行全面检查。三机重点检查链条、刮板、破碎机锤头；煤机检查滑靴、调高油缸等；泵站油液，保证设备能正常运行。

③提前清理架前浮煤，全部清至溜槽内，工字钢、道木和木板提前放在前倾的支架处（73-80#架）。

3.2.3清理运输机内冒落物

①将采煤机停在100#架附近，首先启动运输机内清理溜槽内冒落矸石。

②运输机运行时，机头工和马蒂尔司机监护运输机内大块，若出现大块无法运输，必须停机处理，对于较大矸石采取放炮措施。

3.3调整支架

3.3.1由于73-80#架型差，接顶效果差，首先必须调整此区域内的支架。

3.3.2由于73#前倾严重，首先调整73#支架。具体方法：用煤机左滚筒顶住支架前梁，降架起底，操作时要打出本架侧护板，保证两侧无架缝，起底的同时在支架大脚下垫道木，及时拉架调整，将支架调平。漏顶区其

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它支架可在拉架同时逐一调整支架状态。

3.3.3处理完一个循环后，煤机将此范围内底板扫平，退至100#架，推出溜子，再次按上述顺序处理70-90#范围内状态不好的支架，直至支架支撑状态变好。

3.4加刀通过漏顶区域

3.4.1调整完支架后，针对69-87#漏顶严重区域，采用护帮和护顶相结合，局部加刀的方式通过。

3.4.2工作面采用从顶板完好的90#、100#、110#开始分别向机头加刀推进，每加一次都将采煤机停在100#架，再推溜拉架。割煤时煤机速度控制在2-3米/分，煤机将60-90#架底板扫平。

3.4.3割煤时采用手动收护帮板的方式，收一架割一架，拉架时采用擦顶带压拉架方式，拉架时利用侧护板和伸缩梁，尽量避免大块矸石掉落，及时调整平衡油缸，保持支架架型和接顶良好，拉出支架后及时升够初撑力，滞后后滚筒1架打出护帮板。

3.4.4支架顶梁顶住煤壁后，开始留设500mm的顶煤，逐步降低工作面采高至7-7.5米。

3.4.5拉架时一次拉到位，不要反复升架，频繁调架造成顶板破碎。

5冒顶原因分析

12401冒顶原因主要有工作面周期来压影响、设备故障影响、工程质量影响等。

5.1工作面周期来压影响

2018年4月24日中班，12401工作面推进120m时，遭遇顶板来压；4月25日0:00班压力持续升高，最大压力值505bar。工作面顶板为0.57-1.75m泥岩顶板稳定性较差，导致工作面60-90#架顶板出现漏矸。

5.2设备故障影响

4月26日夜班接班时，1#乳化泵正常，2#、3#故障，泵站压力不够，支架初撑力升不够，工作面持续有压，压力260-490bar。凌晨4:47，1#乳化泵高温，3台乳化泵全部故障。工作面支架多架支架反冲洗滤芯堵，支架动作慢，使漏顶情况更加恶化。

5.3工程质量影响

4月25日早上9:04，机头运输机上帮，为快速调整机头安全出口，机头连续加三刀，导致工作面中部相对滞后，应力集中更加明显，使工作面中部漏顶情况更加恶化。

4月26日夜班接班时，机头推进122.3，机尾推进103.2，工作面65-90#架滞后，底板下坡又上坡，支架前倾溜槽上仰，推拉杆别劲推不动。

6整改措施

为加强12401工作面工程质量、生产组织、顶板管理，避免出现冒顶事故，特制定以下措施，确保安全生产。

6.1工作面机头安全出口严格控制在0.6m-0.9m之间，工作面加甩刀必须由技术员和队长统一安排规划。

6.2支架工每刀调整支架，保持支架齐直，不得出现中部或两端头滞后的情况。

6.3工作面严禁出现倒架现象，有轻微倒架时立即扶倒架，扶倒架时从倒架的最上侧选择架间隙较大的支架开始调整，两人配合，并在拉架过程中调整。

6.4每班固定割顶刀和底刀司机，并定期进行轮换，提高司机顶底板的控制水平，明确规定沿顶回采，将底板割平，采高原则上控制在7.5m左右，采高将随顶板变化调整，最大不得超过8m。

6.5工作面两端头过渡平缓，要求在机头18#架处见顶且机头段采高控制在7m左右，机尾在100#架处见顶板且采高控制在7m左右。工作面要在20#、40#、80#、100#架处每班进行探底煤厚度，通过两顺槽及四处探底情况进行调整工作面。

6.6如不能拉超前时严格执行跟机拉架要求，跟机拉架滞后前滚筒不得超过2架，煤机司机必须和支架工配合好，若支架工跟不上煤机时，煤机司机要降低速度，以拉架速度决定割煤速度。顶板破碎时要擦顶移架、带压移架。

6.7工作面推溜后，梁端距满足的情况下要及时拉超前。拉超前时要少收护帮板，不能留台阶伞檐，拉完架后立即打出护帮板贴紧煤壁。

6.8收打护帮严格按照规定执行。即：日常无压力时成组收护帮设置为3架，且采用成组和手动结合的方式，专人负责，除三角煤返空刀时可以成组回收外，其它不能出现直接成组一次性收回来的情况。若顶板来压、片帮严重时严禁成组操作护帮，打出护帮板必须滞后煤机后滚筒不超过2架，并确保护帮板紧贴煤壁。

6.9要求初撑力必须达到规定要求，出现特殊情况时，取消支架自动补液，并按如下要求调整支架：

①存在支架载头时，要尽量升足初撑力，保证支架对顶板的支撑作用，但不得出现支架向煤壁严重倾倒。

②存在支架超头时，要尽量升足初撑力，保证支架对顶板的支撑作用，但如果平衡油缸伸长量超过600mm时，仍不能升够初撑力，为了保证不损坏支架，不再要求升初撑力。

③存在支架错茬时：出现错茬支架时，降架时要特别注意，原则上要求两侧护错茬最大不得超过400mm。如两侧护错差不超过400mm时初撑力不足，为了保证初撑力，两架侧护板最小重合高度可降低到20mm，如还不能满足，为了避免咬架，不得再升初撑力。

6.11除机头机尾各15架外，中间区域必须合理组织人员优先拉超前架，保证煤机在超前架区域割煤，煤机通过超前区域时严禁成组收护帮板，要采用收三级和二级护帮板的方式，并且仍采用逐架手动回收，尽可能不收一级即可，做好片帮防护。

6.12各工种要默契配合控制好煤量，杜绝出现运输机压死事故。

6.13工作面顶板要平整，确保支架顶梁接顶效果良好。

参考文献

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曹建云，出生日期19841001，内蒙古科技大学，采矿工程。