栗恒
中国矿业大学，江苏省徐州市221116
摘 要：造成回采工作面停产的众多因素中，采场端面冒顶所花费的时数占到了一半以上。如何有效解决端面冒顶事故的发生，对于实现回采工作面的安全、高产、高效，具有很大的意义。本文分析了采场端面冒顶存在的多种因素，以及采取的预防手段和有效措施，来减少端面冒顶事故。
关键词：端面冒顶；支护；防治办法；原因；机理；预防；监测
1端面冒顶原因和机理
1.1端面冒顶的原因
(1)矿压显现分析
随着回采工作面的推进，基本顶会发生周期性的破断，基本顶的破断回转会使直接顶的压力增大，当超过直接顶岩体的强度极限时，就会发生破碎，直接影响直接顶完成程度。同时，由于开采的进行，在距离煤壁前方会形成超前支承压力，造成应力集中，支承压力沿着直接顶向前进一步延深，释放至煤壁，由此可能造成煤壁的偏帮。
(2)地质因素
通常煤、岩层硬度低，层理、裂隙发育，断层构造带、含水量大是造成顶板岩层破碎易冒的重要因素。当煤层硬度低、易碎、层理、裂隙越发育，岩层强度越低，顶板岩层也越易冒落。断层、褶曲等地质构造带更是造成顶板破碎的原因，进而导致冒顶的发生。
(3)端面距
实践证明，端面距的大小直接影响顶板的主要因素之一，端面距越大，顶板冒落的长度和高度都会随之增加，冒顶范围也越大。
(4)支架初撑力
初撑力在支架参数中具有重要地位，对顶板控制的重要性已得到普遍认同[2]。通过下图，我们来分析支架初撑力对顶板下沉量的影响。
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图1-4液压支架工作阻力与顶板下沉量的关系
液压支架的增阻特性曲线如图1-4所示，纵坐标表示液压支架的工作阻力P，横坐标表示液压支架活柱伸缩量L，表示具有较大初撑力的支架增阻特性曲线，其达到额定工作阻力允许顶板的下沉量为；表示初撑力不足的支架增阻特性曲线，其对应额定工作阻力允许的顶板下沉量为。
提高初撑力，就是减少了下缩量。如果<，则表明支架达到额定工作阻力后煤壁仍然稳定。根据支架围岩关系，支架初撑力与额定工作阻力存在一个合理比例[5]。
由以上分析可得，如果支架初撑力设计合理，一方面可支撑直接顶的重力,避免直接顶发生离层、冒落,另一方面在初撑力的作用下,能压缩浮煤、浮矸,从而增大支护系统的刚度,减少顶板的下沉量[4]，有利于控制顶板稳定性。
1.2端面冒顶的机理
由于开采的进行,必然在煤壁前方造成较大的应力集中,当其到达强度极限时顶煤便发生破坏,即产生裂隙。随工作面的继续推进,顶煤中的裂隙进一步发育,破坏逐渐发展。 [1]。由于支承压力及基本顶活动的影响，煤壁上方存在着两个性质不同的破坏区，即顶煤上部的拉伸区和端面上方的压缩区。上述两破坏区的大小因煤层及开采条件的不同而存在较大差异，同时两破坏区的范围又具有明显的时间效应，即随时间的推移两破坏区的范围逐渐扩大，当拉伸区和压缩区连通时，就会发生端面冒顶。
2端面冒顶的防治
2.1提高块裂岩体强度
2.1.1减小裂隙发育程度
(1)减缓煤壁前方支撑压力，控制基本顶的失稳
(2)减少支架的反复支撑次数，支架的反复支撑会使原本可能较为完整的顶板变得破碎，从而导致端面冒顶的发生几率。可以采取合理的支架移动距离，防止顶板的反复支撑，维护顶板的完整程度。
2.1.2选择合理推进方向,减小裂隙系统影响程度。
直接顶的裂隙类型是多种多样的，除了下图所示以外，还有其他组合，其中楔形裂隙对于直接顶的管理最为不利。
2.1.3对顶板进行固化处理
增大裂隙面强度使较小块度块体固结成较大块度块体，有利于支架对顶板的有效支护。在工作面顶板破碎较严重的地段,我们可以类比巷道的锚杆锚索支护技术，在顶板上打入锚杆来增强顶板的完整程度，当然锚杆的支护强度不能太高，以防止回采过后采空区上方顶板不易垮落，反而造成悬顶。
2.2采取有效支护措施
(1)增大支架水平支护力，采用可提供较大水平支护力的掩护式或支掩式支架，保持顶梁俯仰角在合理范围,使顶梁与顶板接顶良好, 充分发挥支架额定初撑力和工作阻力的作用。
(2)缩小端面距—选择合理的架型和参数,加固煤体，减少片帮次数及片帮深度,采取及时正确的移架方法等。
(3)及时处理局部冒顶洞穴，防止碎裂岩体连续冒落导致冒顶进一步恶化，可采用快速充填材料进行机械化充填。
2.3端面冒顶的预防与监测
(1)加强日常管理和支架系统的监测，使支架处于良好的工作状态，支护效能有效发挥，主要包括合理的初撑力，及适宜的顶梁俯仰角，并使工作面各支架保持平直；
(2)对综采工作面顶板的活动规律进行监测，并对可能存在的冒顶隐患进行预报，进而采取相应的控制措施。
3结论
本文针对采场端面冒顶的现象，对其发生原因和机理进行了分析研究，并针对原因给出了端面冒顶具体的防治措施。具体研究结论如下：
(1)从基本顶的周期破断和超前支撑压力角度分析了对顶板的破坏作用，如果顶板和煤层条件不好，则会引起煤壁片帮和工作面的端面冒顶。
(2)从对顶板稳定性和完整程度产生影响的方面出发，将端面冒顶发生的原因分为以下3个主要因素：“地质因素”、“端面距”、“支架初撑力”。
(3)对端面冒顶发生机理分析发现，由于支撑压力和基本顶活动的影响，煤壁上方存在两个性质不同的破坏区：拉伸区和压缩区。当两者连通时，就会形成严重的端面冒顶，反之，则不会。
(4)针对原因和发生机理，提出了“提高块裂岩体强度，采取有效支护措施，端面冒顶的预防与监测”这三方面的措施来防止端面冒顶发生的机率。
(5)通过本文研究发现：端面冒顶发生的原因是多种多样的，所以对于是否能够形成一套完整的解决系统，有效地解决回采工作面端面冒顶问题，达成煤矿高产高效的目标，仍然需要更加深入的探索与完善。
参考文献：
[1] 张顶立,何佐德.综放工作面端面冒顶机理及控制[J]. 湘潭矿业学院学报.?2001,(03).
[2] 钱鸣高，许家林，王家臣，伍永平.矿山压力与岩层控制[M].徐州:中国矿业大学出版社，2021:194-197
[3] 于利,袁学访,王占川. 破碎顶板端面冒顶的防治[J].煤矿现代化.2009,(05).
[4] 万峰，张洪清，韩振国. 液压支架初撑力与工作面矿压显现关系研究[J].煤炭科学技术.?2011,39(06).
[5] 黄庆享,徐璟,杜君武. 浅埋煤层大采高工作面支架合理初撑力确定[J].采矿与安全工程学报. 2019,36(03).
[6] 李铁良. 大采高综采端面煤岩块体冒落机理及控制研究[J].山西化工.?2019,39(01)