一、項目背景
針對某煤業(yè)公司12下04工作面頂板控制及片幫的技術難題，組織技術人員協(xié)同科研院校進行聯合攻關，對復雜條件下綜釆工作面頂板控制技術進行研究，構建復雜條件下綜采工作面頂板穩(wěn)定性控制技術體系，對12下04工作面進行現場實踐。通過數值模擬不同空頂距條件下，空頂區(qū)水平位移和垂直位移分布情況以及通過數值模擬軟件UDEC模擬不同采高下，煤層頂板位移的變化情況，獲得主采煤層礦壓顯現規(guī)律和控制方法，取得了復雜條件下頂板穩(wěn)定性控制技術及煤壁片幫的解決方案。
二、主要研究內容
1.對12下04工作面片幫冒頂原因分析，分析復雜條件下工作面片幫漏頂的主要因素；
2.針對片幫冒頂的機理，對復雜條件下綜采工作面頂板穩(wěn)定性控制開展技術研究；
3.制定頂板控制技術及防治片幫方案；
4.現場實踐效果分析。
三、技術原理
通過計算機軟件模擬，找出了不同空頂距和不通過采高下圍巖位移規(guī)律，優(yōu)化了支架供液及移架方式，加快移架速度，減少空頂面積和空頂時間；合理控制工作面采高，提高支架初撐力，減輕了頂板對煤壁的壓力，減少片幫現象；建立了控制底板平整度使工作面壓力均衡的技術。
1.優(yōu)化了支架供液及移架方式，加快移架速度
工作面液壓支架是抗衡頂板壓力的重要設備，是工作面平穩(wěn)順利推進的重要保障。工作面推進速度和支架工作狀態(tài)對頂板垮落歩距和垮落高度存在較大的影響，通過數值模擬不同空頂距條件下，空頂區(qū)水平位移和垂直位移分布情況。尋求工作面空頂面積、時間與空頂區(qū)圍巖變形之間的關系，并為此制定縮小空頂面積、縮短空頂時間的方案。
2.頂板破碎易片幫條件下頂板穩(wěn)定性控制技術
對于頂板破碎易片幫地段，釆煤機割煤后，支架應及時伸出護幫板并緊靠煤壁。此時的煤壁暴露面因為有了約束，由二向應力狀態(tài)又恢復到了三向應力的穩(wěn)定狀態(tài)，所以煤壁強度得到了提高，減小了片幫的可能性。在煤機前滾筒通過后及時伸出前梁支護頂板，進一步減少空頂面積和空頂時間。對局部已經片幫漏頂或端面距超過規(guī)定，要及時超前拉架控制頂板，拉架后端面距仍超過340mm，必須在煤壁使用單體、工字鋼或半圓木進行背幫支頂，防止片幫漏頂范圍進一步擴大。
3.合理控制工作面釆高
工作面的采高是影響頂板冒落及煤壁片幫的重要因素，通過數值模擬軟件UDEC模擬不同采髙下，煤層頂板位移的變化規(guī)律等表明，合理的工作面釆高可以減小頂板冒落及煤壁片幫發(fā)生的可能性。根據煤層厚度變化情況及時調整現場釆高，提高支架初撐力，減輕了頂板對煤壁的壓力，減少片幫現象。
4.建立了控制底板平整度使工作面壓力均衡的技術
綜采工作面頂底板的平整情況直接影響到液壓支架對頂板的支護效果。綜采工作面構造揭露頻繁，容易在構造處前后頂底板出現起伏和臺階接茬，支架接頂不實，造成頂板臺階下沉而產生變形破壞。因此煤機過構造處時必須割平頂底板，前后要順坡過渡。并根據現場構造情況確定合理的過渡段長度，以滿足支架頂梁與頂板之間的平緩過渡，避免出現大的起伏和臺階，以確保支架頂梁接頂平整，保證支架接頂效果良好，避免出現頂板不均勻下沉和壓力集中。
嚴格控制斷層等構造地帶前后坡度，保證了支架與頂板之間接頂平整密實，確保了工作面壓力均衡，避免或減少了工作面因局部壓力集中而造成漏頂。
四、應用效果
本項目共計投入38萬元，投入與產出比經濟合理。
12下04工作面復雜條件下的頂板控制技術在該公司后續(xù)的12下08工作面成功進行了推廣應用。該工作面在回采過程中，共計揭露斷層22個，陷落柱1個。從開始推進至回釆結束，未發(fā)生片幫漏頂和人員傷害事故，正規(guī)循環(huán)率高達99%以上，噸煤電費持續(xù)穩(wěn)定在9元/噸較低水平，工作面綜釆設備事故影響時間僅為4.3小時/年。在取消夜班生產、早班檢修、中班單班生產的情況下，仍較好地完成了生產目標任務。
五、推廣應用前景
我國目前大部分礦區(qū)已經開釆至深部水平，大多數工作面開釆條件復雜，礦壓大，構造多，頂板破碎不穩(wěn)定。該項目成果為類似開采技術條件工作面頂板控制提供了可靠的技術途徑和實踐經驗借鑒。因此，本項目的成功研究與實施，具有良好的社會效益和廣闊的推廣前景。
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