大采高综采工作面顶板管理

1 概述
张集煤矿矿井设计能力为400万t/a，高定位技改后生产能力将达到700万t /a，井田走向长约7km，平均倾斜宽约8.5km，面积约60km2，主要可采煤层有13-1、11-2、8、6、1等五层，可采总厚度21.08 m，可采储量686Mt,矿井设计服务年限122.5a。
2 工作面概况
1121（3）工作面属张集矿井13-1煤，面长200m，回采长度1672.8m，工作面煤层厚度2.2～5.5m，平均厚度为4.1m，煤层倾角2～5°，平均倾角3°，煤层结构简单，煤层较稳定，局部受构造影响，煤层变薄、变软，直接顶为泥岩，老顶为细砂岩，直接底为泥岩。
工作面液压支架选型为ZZ6000/21/42，采用MG400/920—WD采煤机，SGZ800/800运输机。
3 工作面顶板管理措施
工作面顶板管理的基本要求是跟顶回采，保持顶板平整完好，不漏顶、掉顶；工作面两端头顶板支护安全可靠，保证足够的通风空间和行人安全，为回采创造良好的条件。
工作面在复合型顶板、“三软煤层”、构造多等复杂条件影响下，顶板压力显现强烈，给生产管理带来很大的压力。通过现场的不断摸索实践，针对具体情况采用了以下几中的措施来加强工作面和两端头的顶板管理。
3.1 工作面回采工艺
3.1.1 工艺流程
斜切进刀→打三角煤→割煤→移架→推溜→斜切进刀
3.1.2 支护方式 采煤机割煤后，及时伸出支架的伸缩梁护住煤顶，护帮板护住煤帮，移架采用带压移架，少降快拉。移够步距后立即升架，并将护帮板打至煤壁。
3.1.3 采空区处理 全部垮落法。
3.2 矿压观测及预测预报 1121（3）工作面共安装液压支架136架，采用ZYDC－3型综采液压支架压力自记仪测定液压支架工作阻力，在整个工作面布置5条测线，每条测线布置两个测站，共装10块压力表，测出支架前后立柱的初撑力、工作阻力和末阻力等数据，掌握工作面顶板压力大小、支架增阻状况。在轨道顺槽和运输顺槽内每隔3～5m用液压式单体支柱测压仪测定单体支柱的工作阻力，上下两巷各布置3块压力表。从而分析顶板初次来压步距、周期来压步距等工作面及两巷矿压显现及其变化规律，合理进行工作面及两端头管理顶板。
顶板事故大多数是在顶板压力异常而作业人员又没有意识到的情况下发生的。由于预测不及时，现场没有采取针对性的措施加强管理，从而导致垮棚、冒顶事故。这种情况在煤矿顶板事故中较为常见，因此技术管理方面就必须提前进行顶板压力的预测预报工作。一般在以下三种情况时顶板压力显现会出现异常：①工作面遇到断层、褶曲等异常构造时。②顶板岩性发生变化，由坚硬顶板变为破碎顶板；或顶板有淋水时。③回采速度放慢，不能按正常循环回采时。
除了矿设立的地质预测预报机构，综采队安排专人负责此项工作，使顶板管理具有较强的针对性。
3.3 回采期间工作面顶板管理
3.3.1 常用措施 ①加强设备检修，提高开机率，保证工作面推进度，确保工作面快速推进(工作面平均月进177.8m，最高月进度为232.6m)。②生产中采用追机作业方式，移架时带压移架，移架后及时用护帮板护帮，局部若有片帮掉顶现象，抵车后及时拉超前支架支护顶板。③工作面支架初撑力达到额定工作阻力的80％，泵站压力不得小于30MPa，使支架有较高的初撑力，减少顶板对煤帮压力，较好地控制住片帮、掉顶事故的发生。
3.3.2 支架管理 液压支架在移动过程中的稳定性较差，生产过程中，严格控制工作面采向，对歪架及时采用支架本身的调架千斤顶和DZ-28单体进行调整，使支架顶粱与工作面顶板接触严密，迎山有劲；支架间做到不挤不咬，相邻支架间的错茬合理，架间空隙均匀，前探梁升起，护帮板与煤壁接实，严格控制端面距；端头支架易发生歪架现象，影响安全生产，对端头支架增设防倒千斤顶，确保支架处于良好状态。
3.3.3 工作面规格质量管理 严格按回采层位组织施工，采高控制在3.8m左右，保持顶、底板平整，回采过程中工作面支架带线作业，做到煤壁、支架、链板机成直线；支架垂直链板机、不歪斜。
3.4 端头顶板管理 工作面上下端头煤壁三角处因受两巷及工作面采动影响压力大，易发生片帮掉顶，对此在上下端头煤壁三角处架设斜跨棚和顺山棚，加强端头顶板管理。跨工作面机头、机尾用7.0m长11#工字钢设双排挑棚，一梁四柱，随机头、机尾交替迈步前移；上下隅角受锚梁网支护影响，收角后上下隅角不能及时充分冒落，超前工作面煤壁5m提前将锚索退锚，在上下隅角切顶线处用单体加补密集切顶点柱，用材料将上下隅角充填实。
3.5 过断层期间顶板管理 1121（3）工作面属“三软”煤层，而装备的机电设备功率较大，过断层一般采用硬过法。过断层期间工作面煤岩结合部的顶板管理非常重要，同时存在较大难度。除了要进行正常的顶板管理方式外，要采取一些有针对性的措施。
3.5.1 控制采高，减少破顶范围及破顶量。当工作面距断层面10m时，提前俯采或仰采逐步降低工作面采高，采高降到3.2m左右，进入断层带时，采高控制在2.8m以内。刹底或飘车时每刀刹底或飘车量不超过100mm，工作面上下出口与巷道保持一致。
3.5.2 快速擦顶移架，减少空顶时间。拉架时，先降后立柱，再同时降前立柱和移架，待支架移动后，立即将降柱手把扳回零位，使之擦顶移架。工作面顶板破碎段，拉架的错茬距离不小于15m，以此保证顶板的整体。
3.5.3 断层影响范围内严格进行追机作业，只准一茬拉架，其它茬不得拉架，以此保证移架时供液系统的液压，从而达到快速移架的要求。
3.5.4 对发生的顶板事故及时处理。当工作面出现掉矸、掉顶现象，应立即处理，防止事故扩大，同时，对片帮掉顶处可适当多进刀，以便及时拉架支护。工作面若发生较为严重的冒顶事故，确实无法推进时，可采取使棚的方法管理煤壁和顶板。
3.6 工作面更换大件时的顶板管理 工作面更换部分大件，检修人员有时需要在支架下煤壁附近作业，一方面要求作业人员具备较好的安全自保意识，在作业前认真细致观察顶板及煤壁情况，不站在架间作业；另一方面需要采取一些相应的措施加强顶板、煤壁支护。
3.6.1 更换煤机大件，应将提前煤机停放在顶板较为完好处，支架留出步距，使用半圆木对煤帮进行背帮处理，半圆木放在护帮板中间位置，使用支架护帮板将半圆木抵在煤帮，背严、背实。
3.6.2 更换支架顶粱、前探梁，需要降下支架，顶板出现较长时间的空顶现象，安全威胁大。采取的做法是在检修支架的两端支架上架圆木，提前一至两个小班开始上圆木，工作面每推进两刀上一根，圆木合理搭接在两侧支架上，有效支护检修支架上方顶板。
4 结语
大采高综采工作面回采过程中的顶板管理是工作面生产管理和安全管理中的一个非常重要的环节，1121（3）工作面在复合型顶板、“三软煤层”、构造多等复杂条件影响下进行回采，共生产原煤2164986吨，回采期间未发生一起顶板伤人事故，也为发生过冒顶事故，工作面质量标准化一直保持行业一级水平。可见，通过改进和加强顶板管理，取得了较好的效果。