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[摘要]孔庄煤矿是一个地质条件复杂、断层多、煤层倾角大、开采深度大的矿井。综采工作面破碎顶板控制是工作面循环作业中的重要环节，针对不同类型的顶板，采取相应的控制技术和措施，是确保工作面正常循环的有效途径。本文对综采工作面破碎顶板控制进行分析，并提出顶板的综合控制技术。
[关键词]工作面；顶板；破碎维护；预防
中图分类号：P687 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）44-0177-01
1 概述
近年来，随着采煤工艺技术的改革和发展，产量和回采工作面机械化程度有较大幅度的提高，特别是厚煤层综采工作面采用了一次采全高放顶煤新工艺，使矿井进一步向高产、高效合理集中化生产发展，从而对矿井巷道，尤其是对综放巷道提出了较高的维护要求。由于综采工作面大型设备的投入使用，相应要求工作面巷道的断面要加大，开采深度要加深，这样将造成巷道矿压的增大，形成顶板破碎的情况增多，如果措施不得当，综采工作面会经常发生架前冒顶事故，嚴重影响和制约综采高产、高效优势的发挥。
2破碎顶板的控制
2.1支架选型： 煤层顶板不稳定，工作面尽量选择前梁具有伸缩性能并带有护帮板的支架，采煤机通过后立即前移支架或及时打开伸缩梁和护帮板，支护刚暴露的顶板煤帮，伸出伸缩梁，最大限度缩小端面距。若煤壁片帮严重，可在采煤机割煤前拉架，将支架前梁移至煤帮，即超前支护，这一方法在破碎顶板管理中也极为有效。
2.2顶板铺金属网：破碎顶板在进入顶梁上方时已很破碎，且在顶梁上方形成厚度不等的浮矸层，移架时，浮矸从架间及端面漏下，也可造成端面冒顶扩大；铺顶网能使破碎顶板形成一个整体，达到改善顶板之功效。顶网一般铺双层，这对顶板管理有以下好处：①防止架间、端面漏矸，改善顶梁与顶板的接触状态；②有利于提高平均支护强度及围岩刚度；③有利于防止煤壁少片帮，减少片帮深度。
2.3带压擦顶移架：当采用正常操作程序降架移架很难保持破碎顶板的完整性时，应采取带压擦顶移架。移架时，先启动推拉千斤顶，再逐渐卸载，使梁与顶板保持一定的支撑阻力，带压前移。这样顶板不会出现明显松动，可有效控制顶板。
2.4安设初撑力保证阀：人工操作移架时，为提高移架速度，常因供液时间短，支架初撑力达不到额定初撑力。安设初撑力保证阀后，即使松开操作手把，支架仍可继续增压，直到达到额定初撑力后，才停止供液。
3综合顶板控制技术
3.1铺顶网：因工作面顶板破碎、整体性差，在支架顶梁上铺金属网，以增加顶板的整体性，铺网范围为顶板破碎上下区域延至完好顶板区域2-3架铺设，金属网规格：1.15m×4.5m，在工作面顶板较好地段铺单网，顶板比较破碎、压力比较大地段铺双网，以增加金属网的整体强度，防止移架或顶板冒落撕网。
3.2木锚杆控制：观察工作面煤壁片帮过程，不论是构造裂隙还是采动影响所致，其片帮方式有3种：①沿弱面向自由面滑落；②随进刀而冒落；③煤壁受压劈裂出现裂隙面后逐层向外位移变形，达到极限而滚落。但不论哪种方式，煤体的片帮运动矢量都可以分解为铅垂向下和水平向外。因此，只有有效地在自由面控制煤体向下、向外的位移活动，使切顶线由煤壁逐渐向采空区转移，恢复到支架顶梁后端，才能控制工作面煤壁侧片帮、漏顶的发生。基于上述分析，同时考虑采煤机的截割问题，采用木锚杆超前加固破碎带煤体，变被动维护为主动维护。
3.3煤岩体化学注浆加固：其原理就是利用化学浆液来充填和固结围岩（或煤层）的裂隙面，提高围岩整体性，充分发挥围岩整体承载能力，保持围岩稳定，参与巷道围岩内应力平衡。工作面回采过程中，该技术主要用于过断层时上、下端头及工作面顶板破碎带的加固支护，主要采用的是波雷因化学加固材料。该材料具有高度的黏合力和很好的机械性能，注射进地层以后，低黏度混合物在几秒钟内渗透进入细小的裂缝后膨胀，从而有效地加固和密封处理区域。注浆孔布置：注浆孔布置在端头巷帮和工作面破碎带煤壁，开口位置距顶板0.5m，仰角20°，孔径32mm，孔深4m。注浆顺序：为防止孔与孔之间串浆，采用间隔孔打眼注浆顺序。注浆量为200千克/孔，可根据实际情况调节注浆压力，注浆终压为3～5MPa。
3.4挑顺山梁：割煤后，新暴露的顶板在短时间不会冒落，只是在支架卸载前移时才可能冒落。这样，就可以采用挑顺山梁的方法，先移顶梁完整处的支架，移架时，在所移支架前梁上沿平行工作面方向放置1～2根长3～4m、直径为180mm木梁，挑住附近不完整的顶板，然后再移顶板破碎处的支架。
3.5架走向棚：当工作面顶板随采随落后，冒落的面积较大，采用挑顺山梁的方法来不及支护，而且顶板条件也不允许把前梁降下来放顺山梁时，可以在相邻支架间超前架设“一梁二柱”或“一梁三柱”走向棚，在走向棚下面再架设1～2架临时顺山抬棚。顺山棚梁应同时托住3架走向棚梁，这样就可以将走向棚及顺山抬棚的支柱撤出，支架在顺山梁和走向梁的保护下前移。
3.6架走向梁：在煤壁靠顶板处挖梁窝，将走向梁的一端架在煤壁上，另一端架在支架的顶梁上。如果煤壁容易片帮，在煤壁上不适宜或不能挖梁窝时，可靠近煤壁打一临时贴帮柱。
3.7合理调整移架工艺和工作面采高：对移架工艺进行调整，正常情况支架与输送机留1个截深的距离，割煤后即进行移架支护 顶板，一次移架到位。顶板破碎或煤壁片帮比较严重时，可超前移架，于割煤前移架提前支护顶板。另外，移架时带压擦顶移架，让支柱仍保持一定的工作阻力，使顶梁贴着顶板擦顶前移，一定程度上减轻移架时顶板岩层的活动，减少由于移架而造成的顶板破坏。控制工作面采高在3.0m以上，使支架达到较佳支护状况。沿顶底回采时，为防止留设的顶煤冒落后造成梁端空顶，尽量减少留底煤，防止支架陷底造成拉架困难。从现场经验看，类似条件下的综采工作面设计采长不宜超过200m，最佳采长在170～180m之间。
4顶板预防
首先，对开采的煤层要进行地质预测，必须从开采设计上就采取预防措施，避免给回采埋下隐患。工作面布置及设备选型必须考虑克服煤体破碎，利于控制顶板，一般不适宜布置仰采，支架应尽可能实现对架前顶煤全封闭。其次，开采后遇破碎煤体、构造软煤区，必须从人员操作上制定科学、合理的措施并贯彻执行，减少人为造成片帮冒顶。理想的方法应该是对煤体进行固化，如注化学药剂等。现场试验了注水方法，即对工作面煤壁沿走向布置注水孔，用动压或静压注水。我们分析认为，注水后，使煤体内应力分布发生了变化，一定程度上增加了煤体粘结性，也可能改变了其他物理特性，但注水到底对预防片帮冒顶是如何产生作用的，还待进一步观测和研究。另外也可采用“提前开帮”法，人工用手镐或风镐在煤壁掏梁窝，架设走向棚，对架前及煤帮进行维护，防止割煤移架时，发生片帮及顶板破碎，而造成冒顶发生。
5结束语
综合控制技术应用于回采过程的不同时期、不同地段，并贯穿于整个回采过程，有效地控制了工作面的破碎顶板，提高了工作面的单产水平，实践证明，综采工作面采用上述方法，有效的控制了破碎顶板对回采工作的影响，大大提高了破碎顶板下的回采效率，确保了工作面生产任务的顺利完成，具有显著的经济效益和社会效益。
作者简介：
张涛（1982.7～）；男；出生地：河北安国；2011年7月毕业于中国矿业大学。
[关键词]工作面；顶板；破碎维护；预防
中图分类号：P687 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）44-0177-01
1 概述
近年来，随着采煤工艺技术的改革和发展，产量和回采工作面机械化程度有较大幅度的提高，特别是厚煤层综采工作面采用了一次采全高放顶煤新工艺，使矿井进一步向高产、高效合理集中化生产发展，从而对矿井巷道，尤其是对综放巷道提出了较高的维护要求。由于综采工作面大型设备的投入使用，相应要求工作面巷道的断面要加大，开采深度要加深，这样将造成巷道矿压的增大，形成顶板破碎的情况增多，如果措施不得当，综采工作面会经常发生架前冒顶事故，嚴重影响和制约综采高产、高效优势的发挥。
2破碎顶板的控制
2.1支架选型： 煤层顶板不稳定，工作面尽量选择前梁具有伸缩性能并带有护帮板的支架，采煤机通过后立即前移支架或及时打开伸缩梁和护帮板，支护刚暴露的顶板煤帮，伸出伸缩梁，最大限度缩小端面距。若煤壁片帮严重，可在采煤机割煤前拉架，将支架前梁移至煤帮，即超前支护，这一方法在破碎顶板管理中也极为有效。
2.2顶板铺金属网：破碎顶板在进入顶梁上方时已很破碎，且在顶梁上方形成厚度不等的浮矸层，移架时，浮矸从架间及端面漏下，也可造成端面冒顶扩大；铺顶网能使破碎顶板形成一个整体，达到改善顶板之功效。顶网一般铺双层，这对顶板管理有以下好处：①防止架间、端面漏矸，改善顶梁与顶板的接触状态；②有利于提高平均支护强度及围岩刚度；③有利于防止煤壁少片帮，减少片帮深度。
2.3带压擦顶移架：当采用正常操作程序降架移架很难保持破碎顶板的完整性时，应采取带压擦顶移架。移架时，先启动推拉千斤顶，再逐渐卸载，使梁与顶板保持一定的支撑阻力，带压前移。这样顶板不会出现明显松动，可有效控制顶板。
2.4安设初撑力保证阀：人工操作移架时，为提高移架速度，常因供液时间短，支架初撑力达不到额定初撑力。安设初撑力保证阀后，即使松开操作手把，支架仍可继续增压，直到达到额定初撑力后，才停止供液。
3综合顶板控制技术
3.1铺顶网：因工作面顶板破碎、整体性差，在支架顶梁上铺金属网，以增加顶板的整体性，铺网范围为顶板破碎上下区域延至完好顶板区域2-3架铺设，金属网规格：1.15m×4.5m，在工作面顶板较好地段铺单网，顶板比较破碎、压力比较大地段铺双网，以增加金属网的整体强度，防止移架或顶板冒落撕网。
3.2木锚杆控制：观察工作面煤壁片帮过程，不论是构造裂隙还是采动影响所致，其片帮方式有3种：①沿弱面向自由面滑落；②随进刀而冒落；③煤壁受压劈裂出现裂隙面后逐层向外位移变形，达到极限而滚落。但不论哪种方式，煤体的片帮运动矢量都可以分解为铅垂向下和水平向外。因此，只有有效地在自由面控制煤体向下、向外的位移活动，使切顶线由煤壁逐渐向采空区转移，恢复到支架顶梁后端，才能控制工作面煤壁侧片帮、漏顶的发生。基于上述分析，同时考虑采煤机的截割问题，采用木锚杆超前加固破碎带煤体，变被动维护为主动维护。
3.3煤岩体化学注浆加固：其原理就是利用化学浆液来充填和固结围岩（或煤层）的裂隙面，提高围岩整体性，充分发挥围岩整体承载能力，保持围岩稳定，参与巷道围岩内应力平衡。工作面回采过程中，该技术主要用于过断层时上、下端头及工作面顶板破碎带的加固支护，主要采用的是波雷因化学加固材料。该材料具有高度的黏合力和很好的机械性能，注射进地层以后，低黏度混合物在几秒钟内渗透进入细小的裂缝后膨胀，从而有效地加固和密封处理区域。注浆孔布置：注浆孔布置在端头巷帮和工作面破碎带煤壁，开口位置距顶板0.5m，仰角20°，孔径32mm，孔深4m。注浆顺序：为防止孔与孔之间串浆，采用间隔孔打眼注浆顺序。注浆量为200千克/孔，可根据实际情况调节注浆压力，注浆终压为3～5MPa。
3.4挑顺山梁：割煤后，新暴露的顶板在短时间不会冒落，只是在支架卸载前移时才可能冒落。这样，就可以采用挑顺山梁的方法，先移顶梁完整处的支架，移架时，在所移支架前梁上沿平行工作面方向放置1～2根长3～4m、直径为180mm木梁，挑住附近不完整的顶板，然后再移顶板破碎处的支架。
3.5架走向棚：当工作面顶板随采随落后，冒落的面积较大，采用挑顺山梁的方法来不及支护，而且顶板条件也不允许把前梁降下来放顺山梁时，可以在相邻支架间超前架设“一梁二柱”或“一梁三柱”走向棚，在走向棚下面再架设1～2架临时顺山抬棚。顺山棚梁应同时托住3架走向棚梁，这样就可以将走向棚及顺山抬棚的支柱撤出，支架在顺山梁和走向梁的保护下前移。
3.6架走向梁：在煤壁靠顶板处挖梁窝，将走向梁的一端架在煤壁上，另一端架在支架的顶梁上。如果煤壁容易片帮，在煤壁上不适宜或不能挖梁窝时，可靠近煤壁打一临时贴帮柱。
3.7合理调整移架工艺和工作面采高：对移架工艺进行调整，正常情况支架与输送机留1个截深的距离，割煤后即进行移架支护 顶板，一次移架到位。顶板破碎或煤壁片帮比较严重时，可超前移架，于割煤前移架提前支护顶板。另外，移架时带压擦顶移架，让支柱仍保持一定的工作阻力，使顶梁贴着顶板擦顶前移，一定程度上减轻移架时顶板岩层的活动，减少由于移架而造成的顶板破坏。控制工作面采高在3.0m以上，使支架达到较佳支护状况。沿顶底回采时，为防止留设的顶煤冒落后造成梁端空顶，尽量减少留底煤，防止支架陷底造成拉架困难。从现场经验看，类似条件下的综采工作面设计采长不宜超过200m，最佳采长在170～180m之间。
4顶板预防
首先，对开采的煤层要进行地质预测，必须从开采设计上就采取预防措施，避免给回采埋下隐患。工作面布置及设备选型必须考虑克服煤体破碎，利于控制顶板，一般不适宜布置仰采，支架应尽可能实现对架前顶煤全封闭。其次，开采后遇破碎煤体、构造软煤区，必须从人员操作上制定科学、合理的措施并贯彻执行，减少人为造成片帮冒顶。理想的方法应该是对煤体进行固化，如注化学药剂等。现场试验了注水方法，即对工作面煤壁沿走向布置注水孔，用动压或静压注水。我们分析认为，注水后，使煤体内应力分布发生了变化，一定程度上增加了煤体粘结性，也可能改变了其他物理特性，但注水到底对预防片帮冒顶是如何产生作用的，还待进一步观测和研究。另外也可采用“提前开帮”法，人工用手镐或风镐在煤壁掏梁窝，架设走向棚，对架前及煤帮进行维护，防止割煤移架时，发生片帮及顶板破碎，而造成冒顶发生。
5结束语
综合控制技术应用于回采过程的不同时期、不同地段，并贯穿于整个回采过程，有效地控制了工作面的破碎顶板，提高了工作面的单产水平，实践证明，综采工作面采用上述方法，有效的控制了破碎顶板对回采工作的影响，大大提高了破碎顶板下的回采效率，确保了工作面生产任务的顺利完成，具有显著的经济效益和社会效益。
作者简介：
张涛（1982.7～）；男；出生地：河北安国；2011年7月毕业于中国矿业大学。