破碎頂板的管理及防治
破碎頂板系指巖層強(qiáng)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(hù)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(xí)慣認(rèn)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(jī)理和規(guī)律，尋找解決破碎頂板的支護(hù)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(jī)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(yán)重，巖塊十分破碎，主要表現(xiàn)在頂煤或頂板強(qiáng)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(dǎo)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(qiáng)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(hù)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(qiáng)支護(hù)、限制局部漏頂?shù)拿娣e進(jìn)一步擴(kuò)大。為此，根據(jù)破碎頂板的冒頂機(jī)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(qiáng)生產(chǎn)地質(zhì)工作，在工作面回采前必須提供詳細(xì)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(qiáng)職工培訓(xùn)教育，使職工充分認(rèn)識到局部冒頂?shù)奈：凹訌?qiáng)工程質(zhì)量的重要性。要求將工作做得很細(xì)，對采、支、回等主要工種人員要反復(fù)進(jìn)行局部冒頂機(jī)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(qiáng)循環(huán)進(jìn)度和作業(yè)工序管理。單體支柱工作面，由于支護(hù)阻力較小，頂?shù)装逡平看?，在我礦工作面日進(jìn)2米和2天進(jìn)1米的頂板破碎狀況就有明顯差別，只要達(dá)到日進(jìn)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(jìn)行，杜絕因放頂與落煤同時進(jìn)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(hù)、插背嚴(yán)實處理局部空頂（空洞）來防止冒頂及抽冒，當(dāng)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(yán)實。
2.7加強(qiáng)對落差較小的小斷層帶處的支護(hù)。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(dá)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(dá)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(jìn)行有效支護(hù)而使其處于無支護(hù)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(dá)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(jìn)，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(qiáng)預(yù)防從而達(dá)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(hù)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(yán)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(hù)空間，在這種情況下，要采用臨時支護(hù)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(jìn)行一梁三柱緊貼煤幫進(jìn)行臨時支護(hù)，當(dāng)采煤機(jī)割到該位置時進(jìn)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(jìn)行協(xié)助移架，同時煤機(jī)司機(jī)在過斷層時要避免進(jìn)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(jìn)顯著頂板和斷層面的摩擦力支撐。因此加強(qiáng)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(jī)理規(guī)律進(jìn)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?，加?qiáng)對破碎頂板的管理與觀測，并對局部冒頂事故進(jìn)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。
