烏蘭井田位于賀蘭山北段煤田呼魯斯太礦區的北端，井田內下二疊統山西組3^#煤為井田內的特厚煤層，煤厚平均為9.95m。煤層結構復雜，有夾矸2～18層，一般有1～10層夾矸，上部距頂板1m左右有一層高嶺石泥巖，厚度在0.8m左右，分布范圍廣，沉積穩定。煤層變異系數0.42，為較穩定煤層。煤層頂板為粉、細砂巖，底板為砂巖。煤層傾角平均24°。

1 綜合開采技術在3^#煤層中的應用

3^#煤層為烏蘭礦的主采煤層，占全部儲量的42%，1992年11月～1993年3月，該礦在33^#煤層中進行綜采放頂煤開采工業性試驗，經有關專家組成的技術鑒定委員會鑒定，認為該項目技術達到了國內領先水平，可以有效地指導生產，并在國內類似條件的煤層中推廣應用。試驗成功后，在3^#煤層的開采方式主要采用綜采放頂煤工藝。截止2002年7月，走向推進已達3200m。

綜放工作面的布置方式：工作面的兩風巷沿煤層走向布置，沿底板掘進，采用礦用11^#工字鋼制作的梯形支架支護。沿頂板布置一條頂板道，與工作面風巷內錯一定距離。工作面切眼沿底板布置，傾斜長度正常時為150m左右。工作面采高2.4m（支架正常支撐高度）。

2 綜放工作面片幫冒頂原因分析

綜放工作面頂板，實際是支架上覆的頂煤，按頂板分類，應屬破碎頂板。3^#煤層普氏硬度系數為0.6～1.2。由于各種因素的作用和影響，工作面架前多次發生片幫冒頂，嚴重影響正常生產和安全，直接影響綜放技術發揮優勢和效益。

（1）煤巖層性質影響。采煤工作面頂板破碎的根本原因是頂板為不穩定的煤巖層。綜放工作面的頂板是煤層，支架上覆頂煤本身的性質，是導致頂煤板破碎的重要因素之一。烏蘭井田3^#煤層在不同的采區，其性質有所不同，從而使工作面頂板控制措施不同。北翼及中部采區的5321工作面、5331工作面、5332工作面、5333工作面、5334工作面，由于煤層自身產狀相對穩定，節理裂隙不發育，加之硬度較南翼采區煤層高，分析開采過程的煤壁及頂板控制，由于煤層自身原因造成片幫漏頂的情況只占10%左右，并且是在遇到很明顯的地質構造（如斷層、褶曲等）才發生片幫冒頂，使頂板難以控制。南翼采區的5335工作面、5326工作面、5327工作面，在回采過程中發生的片幫漏頂事故，經分析有近90%是因為煤層遇地質構造（揉皺軟煤區、小斷層群造成裂隙、節理非常發育、層理紊亂、底板異常鼓起、出現泥巖偽底等）造成的。在不同的綜放工作面，煤層性質都表現出了對頂板控制的重要的影響作用。從頂板控制角度，我們希望支架上覆的頂煤完整穩定，但放頂煤工藝本身又要求頂煤到達放煤口時必須達到一定的破碎程度，因此較軟的煤層其放出性較好，宜采用放頂煤工藝，但對頂板控制不利。

（2）礦山壓力的作用。綜放工作面頂煤是在礦山壓力、工作面前方煤壁的支撐壓力及煤的自重力作用下，產生裂隙、離層逐漸破碎，在支架切頂線后方冒落。如果由于自身性質及外部作用，破碎已達一定程度，架前片幫冒頂就有發生的可能。分析3^#煤層的開采情況，周期來壓很不明顯，支架工作阻力普遍較小，支架所受頂板壓力作用點前移，并且在支架頂梁上非均勻分布，支架上方頂煤在支架前移后，很少出現懸頂現象。架前頂煤經常出現沿煤壁切開，但煤體并不是特別破碎，說明并沒有受到極大的擠壓作用。因此，放頂煤工藝的特點，使3^#煤層工作面礦山壓力顯現不明顯，發生大范圍的片幫冒頂情況很少出現，所以礦山壓力對放頂煤工作面頂板控制的影響并不大。但要明確的是，如果有其他因素的共同作用，礦山壓力將加劇采場惡化程度，給頂板控制增加困難。

（3）人員操作和勞動組織因素。放頂煤工作面對操作和工藝組織要求不同于普通綜采工作面。頂板控制對人員操作要求就是要及時支護，并盡最大可能預防片幫冒頂，包括對局部架前、架間漏頂、片幫的重視和處理。綜放支架前梁上方常常是已破碎的頂煤，移架操作要求少降支架，帶壓擦頂前移；在工序安排上，規定移架距采煤機后滾筒不得超過3架。技術人員和施工人員對大量的片幫冒頂事故進行分析總結，對3^#煤層綜放工作面移架工序制定相應措施。由于煤層自身性質及礦山壓力的作用，支架架前出現煤壁壓酥破碎、片幫深度0.4～0.6m。如果采用挑伸護幫板臨時支護，護幫板與煤壁接觸面積較小，有時是線狀接觸，煤壁得不到有效支護，架前空頂也沒有改善。同時由于操作失誤造成的人為冒頂事故，如降架過多，支架不正、倒架、咬架、不按放煤工藝規定放煤等，也會引起頂板狀況惡化。

3 綜放工作面片幫冒頂的處理和預防

綜放工作面片幫冒頂后，因支架上方是破碎的頂煤，大量的破碎狀頂煤流入回采空間（輸送機里、架前、架間空間），使作業中斷，輸送機停止運行。如果冒險啟動輸送機繼續運轉，就有可能使片幫冒頂擴大，頂板巖石垮落，輸送機被“壓死”，甚至影響到工作面通風系統，有時僥幸有大塊煤矸塞堵暫不漏，但片幫冒頂隱患依然存在，并使支架上方形成“空洞”，給作業帶來威脅。因此，綜放工作面片顧冒頂應以預防為主，一旦發生片幫冒頂必須想方設法控制其蔓延擴大，然后采取合適的處理措施。

3.1 片幫冒頂的處理

綜放工作面片幫冒頂后，可利用“撞楔法”通過破碎帶，該方法適用于破碎的煤巖體中有大塊，片面性幫深度不太大的情況，用撞楔堵住漏洞，然后再加強支護控制冒頂。

施工人員和技術人員現場總結出的“頂網法”，單獨采用或與其他方法配合使用時，產生較好效果。冒頂后，松散煤體堆滿架下空間，片幫冒頂的深度不明，并且頂煤非常破碎，顆粒較小時，先用金屬網掛在前梁上，然后用金屬鋼梁或木梁配合單體頂向煤幫，阻力大時，可先用鍬掏梁前的煤邊頂；金屬網不夠長時，可適當再加一遍網；見到煤幫后，在頂梁下支設單體支撐。個別較深處，在鋼梁上方打撞楔。控制煤幫不漏后，啟動輸送機將冒頂煤運走。自上而下對所頂的鋼梁進行加強支護，并對煤幫進行維護。此方法在3^#煤層過地質構造帶軟煤區時，發揮了很好的作用。

片幫冒頂后還有一種情況就是出現了空頂，如果片面強調接頂，將可能耽誤時機，反而于頂板控制不利。空頂并不是頂板已穩定，而是暫時的、相對的。根據現場實際，此時要立即進行處理，不能耽誤時間，否則要引發更大的片幫冒頂。可采用鋪頂網，架走向抬棚的方法，封閉空頂區，并對煤壁進行支護。當然這是相當危險的情況，要用經驗豐富的職工觀察頂板、煤壁，清理好安全通道。抬棚支設必須有一定的支護強度，防止頂煤再次垮落后沖擊而倒棚。

3.2預防

從前文分析可看出，綜放工作面的頂板控制有其自身特點，頂板失控后，影響很大，即使采取措施處理，也已造成人力、物力浪費，甚至出現安全事故，因此，預防更為重要。

首先，對采用綜放技術開采的煤層要進行地質預測，必須從開采設計上就采取預防措施，避免給回采埋下隱患。工作面布置及設備選型必須考慮克服煤體破碎，利于控制頂板，一般不適宜布置仰采，支架應盡可能實現對架前頂煤全封閉。其次，開采后遇破碎煤體、構造軟煤區，必須從人員操作上制定科學、合理的措施并貫徹執行，減少人為造成片幫冒頂。理想的方法應該是對煤體進行固化，如注化學藥劑等。現場試驗了注水方法，即對工作面煤壁沿走向布置注水孔，用動壓或靜壓注水。我們分析認為，注水后，使煤體內應力分布發生了變化，一定程度上增加了煤體粘結性，也可能改變了其他物理特性，但注水到底對預防片幫冒頂是如何產生作用的，還待進一步觀測和研究。另外也可采用“提前開幫”法，人工用手鎬或風鎬在煤壁掏梁窩，架設走向棚，對架前及煤幫進行維護，防止割煤移架時，發生片幫冒頂。