煤礦回采工作面頂板管理研究

邱興文

摘 要：本文結(jié)合相關(guān)案例，淺析了煤礦回采工作面頂板的分類，分析了回采工作面頂板控制存在的問題，探究了工作面不同結(jié)構(gòu)頂板的控制方法，以期為我國的煤礦回采工作面礦壓與頂板管理提供借鑒。

關(guān)鍵詞：煤礦；回采工作面；頂板管理

中圖分類號(hào)：TD327.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）20-0175-02

煤礦安全生產(chǎn)，對于煤礦開采具有至關(guān)重要的意義。煤礦礦壓會(huì)造成回采工作面的坍塌，影響煤礦回采工作的安全，頂板控制能有效保障回采工作安全。然而，頂板控制存在的問題極易引發(fā)煤礦安全事故。因此，有必要加強(qiáng)對煤礦回采工作面的頂板控制，以確保煤礦回采工作面的安全生產(chǎn)。

1 案例分析

陽煤集團(tuán)寺家莊公司中央盤區(qū)15#煤層，其工作面位于寺家莊公司鐵路專用線以南，大寺窊村以西，地表屬于南北兩頭高中部低的溝谷地形，起伏較大，最大落差150m左右。大寺窊村位于工作面中東部，西側(cè)與工作面進(jìn)風(fēng)巷平面距離約50m。巴洲河從工作面北部東西向穿過。工作面回采可導(dǎo)致地面山體裂縫、公路沉陷、河流滲漏，尤其會(huì)影響到大寺窊村西側(cè)民房產(chǎn)生沉陷變形。該工作面頂板情況如下表1所示。

2 回采工作面頂板分類

2.1 偽頂

偽頂，是指在煤層上面，具有較小的厚度，且極其容易垮落的巖層。偽頂通常伴隨著落煤垮落。偽頂?shù)臉?gòu)成，主要是炭質(zhì)頁巖等。偽頂?shù)暮穸韧ǔＴ?.3米到0.5米之間[1]。

2.2 直接頂

直接頂，是指在偽頂上面或者是煤層上面的一層巖石或者數(shù)層巖石。直接頂?shù)臉?gòu)成，主要是泥質(zhì)頁巖以及砂質(zhì)頁巖等。通常，將工作面的支架回撤之后，直接頂就會(huì)垮落。另外，極少數(shù)直接頂?shù)膸r層，存在較難垮落的情況[2]。

2.3 老頂

老頂，是指距直接頂上部存在一定距離的巖層，老頂通常較為堅(jiān)硬。少數(shù)老頂存在于煤層上面。老頂?shù)臉?gòu)成通常是砂巖、砂礫巖等。通常，在采空區(qū)的上部，老頂具有較大的懸空面積，且不會(huì)伴隨直接頂?shù)目迓涠迓鋄3]。

3 回采工作面頂板控制存在的問題

3.1 頂板管理不到位

在煤礦回采工作面頂板控制中，頂板管理不到位的現(xiàn)象通常較為普遍。尤其是在中小型煤礦中，由于工業(yè)技術(shù)落后等因素影響，對煤礦回采工作面以及井下巷道，通常采用木支護(hù)的維護(hù)方式。木支護(hù)受到物質(zhì)材料塑性的影響較大，且缺乏足夠的支撐力，很難滿足支護(hù)要求。另外，頂板管理方式較為落后，也是導(dǎo)致煤礦事故頻發(fā)的重要原因。

3.2 煤壁片幫

在煤礦回采工作面控制中，煤壁片幫，會(huì)造成控頂面積的不斷擴(kuò)大。導(dǎo)致煤壁片幫的主要原因，通常有如下幾種：（1）缺乏足夠的支護(hù)強(qiáng)度以及臨時(shí)支護(hù)不及時(shí)，會(huì)導(dǎo)致控頂距離的增加。（2）煤壁處存在較大的支撐壓力，進(jìn)而引發(fā)煤壁片幫。（3）對工作面存在較慢的推進(jìn)速度，導(dǎo)致煤壁在較長時(shí)間內(nèi)受到頂板壓力，進(jìn)而引發(fā)煤壁片幫。（4）增加采深將引發(fā)巖石擴(kuò)大對煤體的應(yīng)力，導(dǎo)致煤層更易出現(xiàn)破碎，進(jìn)而引發(fā)片幫事故[4]。

3.3 無法保障支柱的有效工作阻力

為確保支柱和支架的作用實(shí)現(xiàn)正常發(fā)揮，必須保障頂?shù)装遢^強(qiáng)的抗壓入能力。頂?shù)装宓目箟喝肽芰^強(qiáng)，才能確保支架圍巖和支架間的總剛度較大，才能有效保障支護(hù)質(zhì)量。在地壓作用下，偽頂以及偽底會(huì)嚴(yán)重影響支護(hù)的總體剛度，導(dǎo)致支柱有效工作阻力的降低。

3.4 懸頂面積過大

存在較大的懸頂面積，極易導(dǎo)致坍塌事故的發(fā)生。坍塌事故的發(fā)生，主要有以下幾方面原因：（1）液壓泵缺乏足夠的氣壓，加上巖石自身的重力影響，導(dǎo)致其支架難以承受壓力，或者是難以維持支架的平衡。（2）支柱或者是支架的初撐力，無法實(shí)現(xiàn)對直接頂?shù)闹苯忧袛?，直接頂與老頂二者之間不易分離。（3）支柱缺乏足夠的可縮性，難以實(shí)現(xiàn)對下沉巖層的良好適應(yīng)。（4）回采工作面缺乏足夠數(shù)量的支柱，其支柱缺乏足夠的承載力，無法有效承載垮落巖層的重力[5]。

3.5 支護(hù)穩(wěn)定性問題

當(dāng)煤層頂板是復(fù)合板時(shí)，在各種因素，諸如支架穩(wěn)定性、頂板裂隙等影響下，其上位巖層會(huì)分離出頂板巖層。另外，受到局部冒頂因素的影響，其斷塊會(huì)按照煤層傾斜方向?qū)崿F(xiàn)向下移動(dòng)，對支柱產(chǎn)生更為巨大的下推力。該下推力會(huì)隨著煤層傾斜角度的增大而增大，最終會(huì)導(dǎo)致支柱或支架被推倒，進(jìn)而導(dǎo)致頂板事故的發(fā)生。

3.6 沖擊地壓影響

采場周圍的圍巖通常會(huì)受到?jīng)_擊地壓的較大影響。當(dāng)應(yīng)力場較高時(shí)，一旦出現(xiàn)堅(jiān)硬頂板的斷裂現(xiàn)象，將會(huì)導(dǎo)致巨大的沖擊力，同時(shí)釋放出巨大的能量，帶來巨大的沖擊地壓。沖擊地壓極易發(fā)生在礦井深處部位，危害程度非常大。

4 工作面不同結(jié)構(gòu)頂板的控制方法

4.1 類拱式結(jié)構(gòu)頂板的控制

對于類拱式結(jié)構(gòu)頂板的控制，要遵循支、護(hù)并行的原則。其控制重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)支護(hù)對采空區(qū)上部重力作用以及工作空間的平衡，在這種情況下，其支架初支撐能實(shí)現(xiàn)對巖石重量的有效平衡。另外，要通過上頂網(wǎng)護(hù)頂?shù)姆绞?，?shí)現(xiàn)對直接頂完整性的有效保護(hù)。在生產(chǎn)過程中采取頂板注膠凝結(jié)加固和上金屬網(wǎng)護(hù)頂，保證支架的初撐力，遵循支、護(hù)并行的原則，在頂板管理上取得了良好的效果。

4.2 拱梁式結(jié)構(gòu)頂板的控制

對拱梁式結(jié)構(gòu)頂板的控制，要遵循：“支”的原則。即確定支護(hù)強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)對直接頂巖重的有效支撐，并實(shí)現(xiàn)直接頂與基本頂二者之間的離層的有效減少。另外，要實(shí)現(xiàn)采空區(qū)上方結(jié)構(gòu)與工作空間的平衡，形成對工作穩(wěn)定的有效保障[6]。拱梁式結(jié)構(gòu)頂板發(fā)生頂板破碎，在切巷施工超前支護(hù)的錨索，提前預(yù)緊頂板，同時(shí)提高支架的初撐力，能夠有效的控制頂板。

4.3 梁式結(jié)構(gòu)頂板的控制

對梁式結(jié)構(gòu)頂板的控制，要遵循“支”和“讓”的原則。確保支柱的可縮量對梁式結(jié)構(gòu)和梁的適應(yīng)。應(yīng)保證工作面采高，保證支架液壓系統(tǒng)完好，特別是安全要靈敏可靠，避免出現(xiàn)大面頂板不垮落，在強(qiáng)制放頂將支架壓成“死架”，或者損毀支架的液壓系統(tǒng)。

4.4 整體垮塌式頂板結(jié)構(gòu)頂板的控制

對整體垮塌式頂板結(jié)構(gòu)頂板的控制，要遵循“支”的原則。該頂板結(jié)構(gòu)缺乏顯著的周期性，要對工作面及裂縫方向進(jìn)行調(diào)整，使二者具備12度的夾角，實(shí)現(xiàn)采空區(qū)與工作面之間壓力的有效平衡。

5 結(jié)語

綜上所述，煤礦回采工作面頂板主要分為偽頂、直接頂以及老頂。在煤礦回采工作面頂板控制中存在頂板管理不到位，煤壁片幫，無法保障支柱的有效工作阻力，懸頂面積過大等問題。對于工作面不同結(jié)構(gòu)頂板，要采取不同的控制方法。

參考文獻(xiàn)

[1]劉朋.煤礦回采工作面礦壓與頂板管理研究[J].工程技術(shù)：全文版，2017，（2）：00073-00073.

[2]寧瓊，寧齊元，段瑜.煤礦回采工作面礦壓與頂板管理探討[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2009，（5）：293-294.

[3]張德良.淺析煤礦回采工作面礦壓與頂板管理[J].科技信息，2010，（32）：351.

[4]王義鋒.煤礦回采工作面礦壓與頂板管理探討[J].中國科技博覽，2010，（32）：44-44.

[5]王斌.煤礦回采工作面礦壓與頂板管理探討[J].工程技術(shù)：引文版， 2016，（12）：00054-00054.

[6]甘文祥.煤礦回采工作面礦壓和頂板管理研究[J].工業(yè)，2017，（3）：35.endprint