摘要：文章對(duì)閘河煤田具有特殊性的5煤層頂初次垮落機(jī)理進(jìn)行了分析、探討并制定了頂板管理的對(duì)策措施。

關(guān)鍵詞：老頂垮落；機(jī)理；探討與對(duì)策

1問(wèn)題的提出

5煤層是淮北礦區(qū)閘河煤田中南部礦井的主采煤層之一，據(jù)技術(shù)資料統(tǒng)計(jì)，5對(duì)礦井已回采了130余個(gè)5煤層工作面，其老頂初次垮落步距都在12～22m之間，80％以上集中在14～18m，屬于較破碎、易垮落的頂板。但是，近幾年來(lái)隨著礦井開(kāi)采深和火成巖侵蝕的影響，南部?jī)蓪?duì)礦井相繼出現(xiàn)了幾5煤層工作面老頂初次垮落步距大幅增大到38~48m的情況，特別是3510工作面老頂初次垮落險(xiǎn)些釀成重大頂板事故的使我們警醒！向我們提出了對(duì)這種具有特殊性的老頂初次垮落機(jī)理進(jìn)行探討、認(rèn)識(shí)、搞好頂板安全技術(shù)管理的問(wèn)題。

（1）工作面概況：3510工作面位于351采區(qū)中部二區(qū)段，上限標(biāo)高-283.6 m，下限標(biāo)高-344.8m，位于其上的4煤層因火成巖侵蝕嚴(yán)重而不可采，大面積侵入的4煤火成巖床構(gòu)成了工作面上分層老頂。工作面傾斜長(zhǎng)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(wěn)定。工作面走向長(zhǎng)390m，傾斜長(zhǎng)157m，支護(hù)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(shè)計(jì)支護(hù)密度1.67根/m²，支護(hù)強(qiáng)度為490kN/m²，三四排管理，放頂步距為1.0m，采空區(qū)處理采用完全垮落法。

（2）垮落經(jīng)過(guò)。2003年11月8日夜班，3510工作面已回采放頂46m。外觀看，采空區(qū)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(nèi)懸頂達(dá)1500m²。當(dāng)班放炮后正在攉煤、掛梁，在沒(méi)有感覺(jué)到礦壓異常的情況下，工作面突然來(lái)壓，采空區(qū)頂板瞬間大面積切斷垮落，頂板垮落擠壓出的采空區(qū)暴風(fēng)把腰巷距回采線10m處的一道簡(jiǎn)易反向風(fēng)門(mén)沖垮，將距上出口20m處面向老塘取料的工人朱某仰面沖倒（事后分析朱某恰好在出風(fēng)口位置），暴風(fēng)刮起的煤矸微粒嵌入朱某面部淺表面，造成發(fā)毛細(xì)血管破裂。突然顯現(xiàn)的沖擊地壓還造成工作面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，后兩排支柱普遍鉆底500～900mm。

由于事發(fā)前對(duì)老頂垮落的困難和危害有所預(yù)見(jiàn)，管理上始終保持了高度的警惕，初次放頂安全技術(shù)措施執(zhí)行嚴(yán)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(guī)，才沒(méi)有引發(fā)壓（推）垮工作面，造成更大的事故及損失。

2對(duì)老頂初次垮落機(jī)理的探討分析

2.1老頂?shù)慕缍?BR>
根據(jù)工作面地質(zhì)資料，有一種觀點(diǎn)：把煤層上覆的1.0～1.5m厚泥巖及4.7～5.2m厚的中細(xì)粒砂巖共同劃分為直接頂，依據(jù)是砂巖之上有一層0.1～0.5m天然焦形成的弱面。筆者不同意這種劃分，而認(rèn)為：4.7～5.2m厚的中細(xì)粒砂巖頂板應(yīng)屬于老頂?shù)囊徊糠?，一是其厚?1.5～2.0m；二是巖性堅(jiān)硬，在采空區(qū)懸頂長(zhǎng)度大大超過(guò)2.0m而不跨落。所以，3510工作面的老頂應(yīng)該由2部分構(gòu)成：一部分為4.7～5.2m厚的中細(xì)粒砂巖及上覆的天然焦，另一部分為7.4～11.2m的淺綠色閃長(zhǎng)巖。

2.2垮落帶與裂隙帶的確定

由于直接頂厚度僅1.0～1.5m，遠(yuǎn)不足采高的2～3倍，而2部分老頂?shù)姆謱雍穸榷荚?m以上，屬于厚層難冒頂板，需要懸露相當(dāng)大的面積后才會(huì)垮落。因此層位、巖性不同決定了其在斷裂、旋轉(zhuǎn)、下沉、垮落觸矸的順序，程度不同，顯而易見(jiàn)：下分層老頂先于上分層老頂斷裂、垮落；相對(duì)而言，下分層老頂處于垮落帶，上分層老頂處于裂隙帶。

2.3老頂垮落機(jī)理的探討分析

通過(guò)對(duì)3510工作面初次放頂全過(guò)程的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理，分析，發(fā)現(xiàn)其老頂垮落分為4個(gè)階段如表1，并具有以下機(jī)理：

表1工作面壓力顯現(xiàn)統(tǒng)計(jì)表

見(jiàn)表

(1)回采2m后，泥頁(yè)巖直接頂開(kāi)始冒落，當(dāng)放頂6～7m時(shí)，直接頂自上而下全部垮落，老塘充填高度1.5～2.0m。直接頂上部巖體沒(méi)有斷裂、下沉的跡象（8～10m后開(kāi)始緩慢彎曲下沉）。

（2）回采14～16m時(shí)，下分層砂巖頂板開(kāi)始有較明顯下沉并伴有斷裂聲響，但沒(méi)有發(fā)生垮落；工作面后2排支柱有礦壓顯現(xiàn)，支柱工作阻力8～12Mpa，頂?shù)装逡平?0～100mm/m，回采17峒之后恢復(fù)正常。分析認(rèn)為：這次來(lái)壓是下分層老頂?shù)某醮蝸?lái)壓，是下分層老頂雙支點(diǎn)巖梁跨度達(dá)到一定跨距時(shí)，產(chǎn)生的斷裂、下沉，這時(shí)下分層砂巖頂板與上分層老頂開(kāi)始離合，上分層老頂仍然完好，在采空區(qū)上方呈雙支點(diǎn)巖梁狀態(tài)，沒(méi)有產(chǎn)生位移和形變，對(duì)工作面不構(gòu)成任何壓力。

（3）當(dāng)回采到30～33m時(shí)，下分層老頂在距放頂線10m外開(kāi)始切斷，垮落，10m范圍內(nèi)頂板下沉加劇，全工作面礦壓顯現(xiàn)非常明顯，支柱工作阻力從煤壁到放頂線達(dá)14～20Mpa，頂?shù)装逡平?20~200mm/m不等。分析認(rèn)為：這次垮落是下分層老頂?shù)某醮慰迓?，同時(shí)也是上分層老頂彎曲、斷裂下沉，把自身及上覆巖體的重量疊加傳遞給下分層老頂巖體的結(jié)果。這時(shí)上分層老頂仍然沒(méi)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范圍內(nèi)下沉巖體的部分壓力造成了支架工作阻力和頂?shù)装逡平康脑龃蟆?BR>
（4）當(dāng)回采到46m時(shí)，出現(xiàn)了在沒(méi)有顯示征兆的情況下頂板瞬間大面積切斷垮落，支柱工作阻力驟增到25～40MPa，頂?shù)装逡平吭龃蟮?00～400mm/m的情況，大面積切斷垮落的頂板和驟增的沖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(fēng)設(shè)施被采空區(qū)擠出的暴風(fēng)沖倒、損傷。分析認(rèn)為：這次垮落才能視為老頂雙支點(diǎn)巖梁跨距達(dá)到了受力極限狀態(tài)，因放炮震動(dòng)或某一次斷裂時(shí)，垮落的巖體一部分觸矸得到支撐形成新的力平衡，而距放頂線約10m范圍內(nèi)的巖體的全部壓力通過(guò)下分層老頂懸露巖梁全部傳遞給了工作面支架和煤壁。

3頂板管理的對(duì)策措施

（1）回采前，有關(guān)部門(mén)要掌握完整、準(zhǔn)確的工作面頂板數(shù)據(jù)資料，以利于在技術(shù)、完全管理上制定、采取針對(duì)性措施。有條件的礦井可以考慮回采前通過(guò)高位巷道打鉆注水，軟化頂板，以利于回采時(shí)老頂垮落。

（2）回采中，有條件的礦井對(duì)厚層難冒項(xiàng)板應(yīng)該采取鉆眼爆破或強(qiáng)制放頂措施，促進(jìn)老頂垮落。

（3）支護(hù)上必須堅(jiān)持“初撐力第一，支、護(hù)、穩(wěn)并重”的原則，適當(dāng)增大支護(hù)密度，保證支柱有足夠的初撐力，支架有足夠的支護(hù)強(qiáng)度。同時(shí)必須保持齊全正規(guī)的全承載切頂支柱和單排挑棚，防止老頂落壓（推）垮工作面。

（4）現(xiàn)場(chǎng)管理中要正確判斷、區(qū)分各分層老頂初次來(lái)壓、垮落的情況，切不可因混淆不清而發(fā)生管理失誤，要特別重視回采30m之后到老頂初次完全垮落前的安全技術(shù)管理。

（5）對(duì)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(shí)引發(fā)瓦斯事故。

（6）實(shí)踐表明回采時(shí)頂板鋪設(shè)塑料網(wǎng)（網(wǎng)格30mm×30mm），到老塘懸下之后可以緩沖老頂大面積垮落時(shí)采空區(qū)暴風(fēng)造成的危害。

（徐明新）