某煤矿为井田地形条件，受区域岩性与地质构造控制， 地势平坦，且井田构造为中等偏复杂，内部小挠曲、揉皱和 断层发育明显。矿井开采煤层厚度为 2.68m，直接顶岩性主 要为粉砂质泥岩和粉砂岩，抗压强度为 58.6MPa-65MPa， 且煤层底板为粉砂质泥岩和黏土岩。采煤工作面会受到地质 构造影响，且均为揭露断层构造，褶曲与断层周边的顶板破 碎冒落，对工作面回采作业的影响比较大。该煤矿为煤与瓦 斯突出矿井，断层周边瓦斯存储异常。工作面若没有合理控 制顶板，将会引发冒顶问题，严重威胁矿井生产安全性。 

1 工作面顶板控制的影响因素 

1.1 地质条件 

煤炭与围岩节理、强度以及褶曲地质构造，会对断层顶 板稳定性造成严重影响。在工作面持续开采过程中，会破坏 煤层和围岩的稳定力学结构。顶板应力会不断向底板释放。 当煤层强度比较低，顶板岩层压力不能全部释放到底板，此 时就会出现顶板破碎问题。当岩层裂隙发育，且强度比较低 时，岩层受力后会出现冒落和破碎等情况。当工作面出现断 层情况时，则会加剧工作面褶曲与断层地质构造带发育，导 致周边岩石破碎，从而引发顶板冒落情况。 

1.2 支架初撑力和支护状态 

采煤工作面在回采过程中，因为多种原因会导致支架拉 移后升架不稳定，无法满足初级支撑力要求，则无法及时有 效支撑顶板，此时就会导致顶板破碎。当地质条件比较复杂 时，工作面起伏比较大，极易导致工作人员无法控制伪倾角， 从而导致工作面输送机滑动，支架与工作面不垂直，且支架 之间为错茬情况，因此无法在同一个平面内支撑顶板，对支 架的支护状态造成较大影响。当支架倾斜时，会使顶梁接触 到顶板线，从而缩小支护面积，引发顶板破碎[1]。 

1.3 支架端面距 

在工作面持续开采过程中，极易导致顶班起伏和破碎影 响，出现严重的咬架和歪斜情况。在仰采时，当工作提幅 度比较大时，就会导致支架向后翻仰，从而加大端面距。当 煤层过于松软时，就进一步加大端面距。当支架前方悬顶年 面积比较大时，就会导致顶班破碎，从而增加控制难度。 

1.4 推进速度 

工作面推进速度与顶班控制效果之间存在关联性，当推 进速度比较快时，则周期来压对其造成的影响比较小，能够 明显加强顶班控制效果；当工作面推进速度比较慢时，周期 来压力会对其造成比较大影响，压力会不断逼近工作面煤壁 前方，从而导致煤壁片帮，加大端面距，导致前方顶班破碎，影响顶班控制效果。 

2 工作面顶板控制的有效措施 

2.1 合理应用超前管棚支护技术 

该项支护技术是在工作面煤层顶板暴露前，在煤壁中打 入钢管，确保工作面煤层与顶部形成金属骨架。这样即使工 作面前方顶板由于割煤导致暴露，也会借助于金属骨架的作 用，对围岩变形进行控制。此外，通过应用金属骨架还能够 对顶板悬浮岩下降起到抑制效果，避免直接顶由于失稳和变 形而滑落。顶板围岩发生严重破碎问题时，碎矸石会随着开 采作业而冒落，然而通过应用管棚支护技术，能够阻挡矸石 下落。在大块被阻挡后，破碎岩石能够填充大块的间隙，形 成新的顶板。通过此种控制技术可以避免移架时，矸石继续 冒落，导致工作面漏冒。工作面支架接顶密实之后，支架会 开始承担采动空间的顶板压力，避免煤壁出现片帮问题，以 此降低工作面冒顶事故发生率[2]。下图为管棚布设示意图。 

2.2 支架选型 

当煤层顶板处于失稳状态时，应当尽量选择支架主梁为 主的支架。采煤机推进之后将支架进行前移，支架刚暴露的 顶板，能够明显缩小端面距。当煤壁发生炸帮情况时，则需 要在采煤机前拉架，并且将支架前梁移动到煤帮。这样就能 够实现超前支护，有效管理破碎顶板。 

2.3 顶板铺设金属网 

若破碎顶板处于顶梁上方时就存在明显破碎情况，且顶 梁下部形成厚度不均匀的浮矸石层。在移动支架时，浮动矸 石层会从端面和支架间隙漏下，此时就会扩大端面冒顶。通 过将金属网铺设在顶板位置，可以促使破碎顶板形成整体， 以此改善顶板。一般来说，顶部金属网需要铺设两层，以此 加强顶板破碎管理。还能够避免支架之间、端面出现矸石下 漏情况，有效改善顶板和钉梁的接触状态。其次，还有助于 加强围岩刚度和平均支护强度，避免煤壁发生片帮问题，减 少片帮深度[3]。 

2.4 常压擦顶移动支架 

当工作面应用合理操作程度进行支架升降和移动时，将 无法确保破碎顶板的完整性，此时就需要应用常压擦顶移动 支架技术。在移动支架时，首先应当启动千斤顶，之后再进 行卸载。这样能够确保顶板与梁之间维持恒定支撑阻力，还 能够确保支架带压前移。通过应用常压擦顶移动支架技术， 能够避免顶板出现松动情况，还能够对顶板进行控制。 

2.5 安装初撑力保证阀 

在人工进行支架移动时，为了加快支架移动速度，常常 会因为供液时间短、支架初撑力无法满足额定初撑力。当安 装初撑力保证阀之后，及时控制操作手把，也能够确保支架 持续增压，直至满足额定初撑力之后，才会停止供液[4]。 

2.6 提前注射加固材料 

在工作面开采过程中，必须详细了解和掌握开采工作面 的顶板构造和地质条件：①开采工作面上层是否存在保护煤 柱的应力集中区域；②围岩与煤层之间是否存在断层、冲刷、 裂隙和陷落柱等地质构造情况进行勘察；③复合型顶板煤层 的结构和层里关系。联合上述因素，对工作面顶板破碎情况 进行观察。在工作面不能开采时，应当及时注射马丽散对顶 板进行硬化处理，以此对顶板大面积坍塌进行控制，确保工 作面生产安全性。此外，注浆段必须控制在距离煤壁 3m 以 内位置，并且需要按照工作面和顶板情况进行注浆，对注浆 参数进行控制。在注浆固化顶煤时，必须合理掌握顶煤厚度， 并且控制周期来压时间，可以适当增加注浆剂量。 

3 应用效果分析 

由于煤层赋存地质条件比较复杂，且存在较多地质构 造，煤炭与围岩的发育等都会导致开采工作面顶板破碎，从而引发端面冒顶问题。因此在生产过程中，必须分析采煤工 作面破碎的原因。该煤矿区域通过应用破碎顶板控制技术， 明显降低了顶板安全事故发生率，以此实现开采工作面破碎 顶板安全生产，明显提升了管理与控制水平，为煤矿企业带 来了较大的经济效益[5]。 4 结束语 综上所述，工作面开采过程中，必须积极预防顶板破碎 情况，以此促进推进速度，加强支护压力。工作面在遭遇到 地质构造所致顶板破碎问题时，应当注重开采设备的合理运 行，并且通过应用超前管棚支护技术、支架选型、顶板铺设 金属网、常压擦顶移动支架、安装初撑力保证阀、提前注射 加固材料等措施，加强顶板破碎的控制效果，确保工作面开 采作业的安全性，增加煤矿企业的经济效益。 

参考文献： 

[1]李开武.综采“孤岛”工作面破碎顶板的控制及移架 方法[J].建筑工程技术与设计,2018,25(25):93-93.

[2]冯超,李广洲,王军伟,崔青原.变基床系数条件下充 填采煤工作面顶板力学机制分析[J].煤矿安全,2019,50(04): 213-217. 

[3]丛龙峰.新三矿 162601 工作面超前注浆加固技术研 究与应用[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2018(02):183 -184. 

[4]蔡朝伟,王永杰.悬移支架配采煤机工作面破碎顶板 控制技术研究[J].内蒙古煤炭经济,2012(12):65+80. 

[5]李向利.掘进工作面巷道过火成岩段围岩压力及变 形规律分析[J].能源技术与管理,2019,44(2):97-98. 

作者简介： 丘富旺(1988-)，男，福建龙岩人，本科，工程师，从 事煤矿采掘技术及管理工作。