煤礦采煤工作面頂板分析及應對措施?

【摘要】煤礦的五大災害中，最常見的是頂板事故。新景礦自2011年至2013年為止，發(fā)生多起安全傷亡事故，其中頂板事故比例達到40%。鑒于如此多發(fā)的頂板事故，要確保煤礦生產(chǎn)安全，加強頂板管理是杜絕安全生產(chǎn)事故發(fā)生的關(guān)鍵。為此，加強煤礦頂板管理工作，必須從多角度和深層次分析事故原因，探索如何采用行之有效的措施與辦法對頂板管理實行專項整治。本文從采煤工作面頂板來壓情況分析出發(fā)，簡要闡述了加強采面頂板管理的具體做法和要求，確保采面頂板管理得到有效加強，嚴防采面頂板事故發(fā)生。

【關(guān)鍵詞】安全生產(chǎn)；專項整治；頂板管理；頂板來壓

1、引言

提高采煤工作面頂板管理控制，主要取決于礦山壓力和支護方式。

礦山壓力指的是存在于采掘空間圍巖內(nèi)的力。簡稱礦壓或地壓。當煤巖被采動以后，形成一定的空間，從而打破了原有的靜止狀態(tài)，煤巖體仙的原有應力被釋放出來，作用于采動空間的四周，使之移動變形。而重力是產(chǎn)生礦山壓力的主要根源，因而頂板向下移動的趨向較大，而且對巷道支護產(chǎn)生壓力，通常稱頂板壓力。

支護方式是指工作面及兩巷采取支架、單體柱、梁等支護材料對頂板進行二次維護。二次支護的作用就是保證頂板在受到頂板壓力時不會發(fā)生較大的變形。當然這也取決于選取什么樣的支護方式。只有兩者的有效結(jié)合才可以達到頂板的有效控制。

2、頂板情況分析

（一）頂板的分類

1、新景礦主采煤層為3#、8#、15#煤層其對應頂板和巖性分別為偽頂（主要為3#煤多數(shù)存在），巖性為泥巖；直接頂，巖性為灰?guī)r居多；老頂，巖性為砂巖居多。

2、再生頂板：分層開采時上分層垮落矸石自然固結(jié)或人工膠結(jié)而形成的頂板。它是通過壓實和膠結(jié)兩個過程形成的。

3、人工頂板：分層開采時為阻擋上分層垮落矸石進入工作面空間而鋪設(shè)的隔離層。

（二）礦壓分析

1、針對工作面礦壓，因破碎的巖塊間有許多空隙，其體積膨脹，壓實后增大5%～20%，所以能將較硬的基本頂托住或緩沖其壓力，形成相對的穩(wěn)定狀態(tài)。而工作面上部未垮落的巖層壓力，向工作面煤壁前言轉(zhuǎn)移。因此，采煤工作面的控頂空間的支架在一般情況下，承受的只是頂板巖層懸伸部分所產(chǎn)生的壓力。為了將由此產(chǎn)生的壓力減輕到最低限度，就必須及時地把采煤工作面作業(yè)空間以外的頂板及時放落下來。

2、直接頂?shù)某醮慰迓洌翰擅汗ぷ髅嬗砷_切眼開始推進時，直接頂是完整的，隨著工作面煤壁向前推進，采空區(qū)的直接頂懸露面積不斷擴大，從而發(fā)生彎曲、下沉、離層直到垮落，即是直接頂初次垮落。而從開切眼煤壁到直接頂初次垮落時切頂線的距離，叫做直接頂初次垮落距離。

3、初次來壓：基本頂初次破斷在采煤工作面引起的礦壓顯現(xiàn)?；卷斢捎趲r層較厚而堅固，能維持很大的面積，一般不易垮落。一旦垮落時，工作面礦壓顯現(xiàn)比較強烈或極為強烈。從開切眼開始推進到基本頂初次來壓后，隨著采面的推進，基本頂每懸露一定距離后，就會發(fā)生一次斷裂，并形成斷距基本相同的來壓現(xiàn)象叫周期來壓，其距離叫周期來壓步距。有的工作面沒有明顯的基本頂，所以也就沒有初次來壓與周期來壓的現(xiàn)象。

（三）頂板壓力顯現(xiàn)

礦山壓力在采煤工作面顯現(xiàn)：1、頂板下沉，產(chǎn)生裂隙，發(fā)生局部冒落或大面積冒頂。2、工作面內(nèi)的支架變形、折斷或使立柱插入底板巖石內(nèi)。3、在傾角較大的采煤工作面中，發(fā)生底板鼓起、滑動等現(xiàn)象。4、工作面的煤壁片幫，滑落，或煤巖被壓出來等現(xiàn)象。

片幫：采煤工作面的煤壁，在礦山壓力作用下，發(fā)生自然塌落的現(xiàn)象。工作面采高越大或煤層節(jié)理發(fā)達就越容易片幫，薄煤層和煤質(zhì)堅硬的工作面就不容易發(fā)生片幫的現(xiàn)象。工作面片幫后，使頂板懸露面積加大，頂板會隨之大量下沉，容易引起冒頂事故。同時，片幫下滑的煤炭倒塌時也能碰傷人員，造成人身傷亡事故。

冒頂：采煤工作面的支架不能控制住頂板時，頂板巖石發(fā)生垮落的事故叫冒頂。其種類，按一次冒頂范圍及面積大小，一般可局部冒頂和大面積冒頂事故兩大類。我國煤礦頂板事故死亡人數(shù)約占各類事故總死亡人數(shù)的40%左右，其中80%發(fā)生在采煤工作面內(nèi)。

3、加強頂板控制方法

采煤工作面的頂板控制：采煤工作面中工作空間支護和采空區(qū)處理工作的總稱。頂板控制方法有垮落法、充填法、緩慢下沉法及煤柱支撐法四種。

采煤工作面支護的目的：保證工作面正常和安全地進行生產(chǎn)活動。一般的講它包含“支”和“護”兩個方面，所謂“支”就是要求支柱或支架有一定的承載能力，能與工作面頂板壓力相對平衡，并能防止來壓時頂板沿煤壁切斷。所謂“護”則要求支架的架設(shè)能適應頂板破壞的特征，防止巖塊掉落，以保證安全生產(chǎn)。正懸臂梁支護懸臂梁在煤壁一側(cè)，有利于機道頂板的維護，但由于懸臂梁在采空區(qū)一側(cè)伸出不長，在回柱時易被矸石壓埋，不易回收支柱。倒懸臂梁支護懸臂方向在采空區(qū)一側(cè)，末排支柱有懸梁伸出，回柱工人操作時，安全條件好，另外支柱也不易被壓埋容易回收，但采空區(qū)的懸梁容易被壓彎或折斷。

（一）現(xiàn)場處理辦法

1、工作面頂板支護主要依靠支架本身，另外當發(fā)生工作面煤壁片幫超規(guī)定，甚至有冒頂預兆時通常采用單體柱加板皮維護頂板，如發(fā)生冒頂事故，通常采用做人工頂板的方法。

2、而針對工作面兩巷的頂板支護，在打掘進巷道時普遍采用錨桿加錨索的主動支護方式，這是通過實踐證明最有效的頂板控制方式。當然不同的煤性、巖性主動支護的密度、步距及強度也有所不同.例如：新景礦煤層頂板多為泥巖（直接頂）和砂巖（老頂）采用的巷道頂板支護多為錨索加錨桿，具體多為排距0.8米，每排兩根錨索，四根錨桿。而在探明有構(gòu)造區(qū)段，根據(jù)情況采取全錨索或加強錨索的支護辦法。

3、針對底板巖石較軟，支柱容易扎底，降低支柱支撐頂板的效果的情況，新景礦為一般采取的措施是：使用柱靴（俗稱穿鞋）增大支柱底座的面積，降低支柱對底板的比壓值，可以解決支扎底的問題。

4、木垛是用木堆積而成，一般木垛打成方形，多用于頂板破碎壓力較大的地段進行支護。托棚一般由金屬或木柱與木梁組成的一梁三柱，并與煤壁平行。它多用于無密集放頂?shù)墓ぷ髅?，支撐原有支架，防止采空區(qū)冒落的矸石推倒基本支架。戧柱是由金屬柱或木柱與頂帽組成的一柱一帽式斜柱。

5、加強工作面端頭支護：因為采煤工作面上下端頭連接回風巷與運輸巷，控頂面積大，同時在移動刮板輸送機機頭機尾時，撤柱、支柱反復支撐，使頂板下沉、破碎，因而兩端頭冒頂事故較多，所以必須加強支護、特殊管理。用4.4米（15#煤采用5米）鉸接頂梁或金屬長梁（一般用11#工字鋼或π型鋼做的長梁）與單體柱組成的懸臂梁式的特殊支護。運輸巷（或風巷）也用金屬梁超前支護，托住巷道原有支架。

除以上幾種常規(guī)支護辦法外，新景礦針對頂板來壓的不確定性和部分來壓（即兩巷 落山部分塌落）的情況，采取了人工強制放頂，依靠頂板垮落后形成的穩(wěn)定應力來減少在用頂板的礦壓顯現(xiàn)。具體做法包括兩種：

1、強制退錨（包括錨桿、錨索），要求全斷面裸體巷道與工作面對應。

2、人工放小炮，在切頂密柱后0.5米內(nèi)（人員嚴禁進入切頂密柱落山方向）傾斜向上45度角打炮眼，眼深1.5-2米，裝藥不大于半包50g，依靠震動和頂板自身壓力將未塌落的部分進行強制放頂（3#煤高瓦斯突出煤層嚴禁使用本方法）。

3#煤一旦出現(xiàn)上述落山部分塌落的情況，通常采用切頂密柱后垛煤袋的方法。

這種方法有兩點好處：1、在落山礦壓突然顯現(xiàn)后，即落山完全坍塌時，阻止落山巖石向兩端頭突然涌出埋柱傷人。2、阻止老唐瓦斯突然涌出造成瓦斯超限。

（二）加強構(gòu)造帶的特殊支護

遇構(gòu)造帶（包括向背斜、斷層、皺曲、破碎帶（或火成巖帶）、煤層結(jié)構(gòu)變化、頂?shù)装鍘r性變化等）時，首先必須加強敲邦問頂制度，及時加強工作面的特殊支護。根據(jù)工作面破碎帶裂隙方向，選擇抗山棚（順山棚）或“鴨嘴”棚支護，支護時，頂必須填實、填牢，必要時可鋪設(shè)金屬網(wǎng)，以防掉頂傷人。

工作面遇構(gòu)造帶圍巖較為破碎，普通的支護難于滿足安全需要時，必須及時采取加強支護力度的措施，即增加支護密度，保證支護強度滿足安全生產(chǎn)要求。對于大面積的冒頂或較為危險地段的支護工作，必須做好相應的保安措施。

（三）做好礦壓觀測 礦壓觀測內(nèi)容包括：日常支柱（支架）支護質(zhì)量動態(tài)監(jiān)測、巷道變形離層監(jiān)測、頂板活動規(guī)律分析等內(nèi)容。采煤工作面要認真執(zhí)行“地質(zhì)預測制”，要重點提出防止頂板事故的針對性措施。

4、總結(jié)

煤礦采煤工作面頂板管理工作技術(shù)含量大，只有掌握各類工作面頂板應力規(guī)律采取相應的技術(shù)、管理措施，切實提高頂板管理的技術(shù)水平，增強各級人員的責任心，才能嚴防頂板事故的發(fā)生。

參考文獻

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作者簡介

高建平，男，山西陽泉市，1970年1月生，1993年獲得大學本科學位，現(xiàn)任陽煤集團新景有限責任公司采煤工區(qū)總支書記，研究領(lǐng)域為煤炭綜合采煤。