煤礦采掘工作面頂板管理問題的處理方法探析

宋永浩

摘 要：隨著經(jīng)濟的發(fā)展人們對煤炭能源的需求越來越高，煤炭開采事業(yè)的壯大使得煤炭采掘安全問題受到人們的廣泛關(guān)注。為了提高煤礦采掘的安全系數(shù)，為工人創(chuàng)造一個安全的工作環(huán)境必須加強煤礦采掘工作面頂板的管理問題，把保障人員安全放在第一位，采取合理的措施控制事故的發(fā)生，做到既實現(xiàn)經(jīng)濟利益也保障生命安全。目前我國煤礦采掘工作面頂板管理上還存在不少碎片化的問題，基于此背景，筆者對該問題進行了研究，并提出了管理的相對處理方法，希望筆者的研究能為相關(guān)工作人員提供理論幫助，為我國現(xiàn)代化煤礦采掘事業(yè)的發(fā)展貢獻自己的綿薄之力。

關(guān)鍵詞：煤礦采掘；工作面頂板；管理；處理方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.05.079

據(jù)往年煤礦采掘事故統(tǒng)計，由于工作面頂板的原因造成的事故占總事故的三分之一，這要求我們在具體的施工作業(yè)中要高度重視煤礦采掘工作面頂板管理問題，承接項目的企業(yè)要嚴格控制工作面頂板裝配的每個環(huán)節(jié)，嚴控制事故的發(fā)生，主動提高自己的技術(shù)水平加強施工作業(yè)的安全性，為礦井作業(yè)提供良好的氛圍。筆者結(jié)合自己的工作經(jīng)驗，并查閱大量資料，認為這個問題應(yīng)該從以下幾個方面進行探索。

1 煤礦頂板的巖層分類

工作面頂板的建設(shè)基于圍巖的變形情況，了解煤礦頂板的巖層狀況能為煤礦采掘工作面頂板管理奠定理論基礎(chǔ)。結(jié)合目前巖層與頂板巖層的位置，可以將頂板的巖層劃分為三種：首先是偽頂巖層，這是居于煤層上方的巖層，比較輕薄，易受外在影響垮落，煤落的瞬間有可能出現(xiàn)整片的坍塌，這種巖層的厚度大約有0.3m左右。第二，直接頂巖層，直接頂巖層一般位于偽頂巖層的上方，部分也存在于煤層的上方，它的主要成分是頁巖和砂巖，同樣比較脆，易垮落、易坍塌，尤其是煤礦采掘工作結(jié)束撤回支架的過程中會影響該巖層的穩(wěn)定性。第三種是老頂巖層，它位于直接頂巖層的上方，不過與直接頂巖層不是直接接觸的，它相對于前兩種比較堅硬，且有一定厚度，這一層的穩(wěn)定性較好，就算直接頂巖層垮落它也不太可能受到影響，他會在采掘空區(qū)上方保持懸露面積。基于上面的了解，我們把工作面頂板分成松軟頂板、中等垮落頂板和堅硬頂板，了解頂板巖層的分類能在采掘管理上增加安全性。

2 頂板事故的產(chǎn)生因素

2.1 地質(zhì)條件的影響

從地質(zhì)條件的角度來看，如果煤層頂板的原生裂縫有影響會直接導(dǎo)致煤層的游離巖塊增加，這些游離巖塊體積較大，回柱工作受到巖塊的影響難以進行，且煤層的面頂應(yīng)力作用變復(fù)雜，繼而影響煤礦的進一步作業(yè)。一般工作人員在頂板下搭建支護架時，有些本身就不結(jié)實的煤層，受到外力作用會發(fā)生坍塌現(xiàn)象，然后致使煤層頂層頂不住壓力發(fā)生二次崩塌。因此，進行煤礦開采之前，需要對礦井周邊環(huán)境進行嚴格勘探，有效規(guī)避風險。

2.2 工作面因素

煤礦采掘過程中要根據(jù)現(xiàn)場具體的條件設(shè)置支護機構(gòu)，采煤機機頭和機尾的位置要經(jīng)過嚴密的計算才能被設(shè)定，同時要控制好人員在支護機構(gòu)中的活動范圍和活動速度。假設(shè)活動范圍超出支護機構(gòu)的保護范圍，整個礦井的頂板會發(fā)生松動，如果頂板本身巖層比較脆弱會直接垮落，造成頂板事故。很多煤礦采掘作業(yè)中施工人員對工作面兩端接頂?shù)奈恢秒y以掌握，為了提高安全必須保障支護機構(gòu)的安全范圍。

2.3 巷道掘進

巷道掘進要求工人要有過硬的施工技術(shù)和預(yù)判能力，采礦本身就是高位行業(yè)之一，在真實的采礦作用中很難說會遇到什么樣的情況，而巷道是煤礦采掘中最容易發(fā)生事故的地方，會因為一些工作上的瑕疵出現(xiàn)頂部巖層松動、破裂，所以巷道掘進要單獨作為一個關(guān)注點被治理，降低巖體的松動程度。

2.4 冒頂?shù)膯栴}

煤礦采掘過程中要不斷掘進新巷道，而頂板下沉速度隨著煤礦采掘速度變化，煤礦開采單位為了提升自己的經(jīng)濟效益，會增加煤層開采速度，而頂板就在這個過程中不斷下降，頂板出現(xiàn)數(shù)量過多的情況時會造成工作面支架的失衡，同時施工方法的不當，會影響整個煤層的穩(wěn)定性，繼而出現(xiàn)冒頂事故。

2.5 地下水和采高

地下水的動態(tài)情況也影響著煤礦采掘的安全性，雨季或者其他與水相關(guān)的惡劣天氣是造成事故的高發(fā)期，水流對巖層有明顯的影響力。假設(shè)巖層長時間被水浸泡，其巖體結(jié)構(gòu)又是易軟化的物理性質(zhì)，則發(fā)生事故的幾率就會大大上升。之所以會這樣是因為水具有流動性，能降低土石結(jié)構(gòu)的強度，并且雨季雨水造成的沖刷會造成礦井周圍的破壞，還有水庫蓄水也會影響礦井的穩(wěn)定性，所以控制含水量也是比不可少的。采高是指采掘工作面頂板和底板的距離，如果工作面的采高較高，那兩者之間的角力越大，采礦作業(yè)時對頂板巖層結(jié)構(gòu)的影響就更明顯。

3 頂板管理問題處理方法

3.1 加固局部厚煤層頂板安全管理

隨著能源的緊缺，對煤礦資源的開采程度越來越深，每層之間的壓力過大必然會產(chǎn)生分離現(xiàn)象，頂板會因為無法承受壓力而失去原有的穩(wěn)定性，要想增加頂板的支撐力，必須加固局部厚煤層頂板，增加承重能力降低冒頂事故的發(fā)生概率。目前常見的加固方式是對煤層進行回采支護，主要方式如下：第一，構(gòu)造帶兩側(cè)支護方式，這種方式的控制范圍廣泛，且穩(wěn)定性強，便于操作，從工程隊施工情況上看，這種施工手段是對局部凹陷進行填充，取代之前的煤層頂板管理方式，繼而增加支護機構(gòu)的完整性和科學(xué)性。第二是木垛支護方式，這種方式比第一種的支撐面積大，操作簡便，建設(shè)過程中也不會輕易受到外部因素和高度的影響，如果因為工程需要增加開采高度，就可以使用這種方式，幫助支柱提升穩(wěn)定性，盡量減少支柱的位移。當然具體的操作方式要根據(jù)具體的開采情況選擇。

3.2 工作面穩(wěn)定煤層的頂板安全管理

對處于工作面穩(wěn)定煤層的頂板要按照國家規(guī)定加強安全防護工作，這里涉及支護機構(gòu)的支架類型問題，支架的選擇要合乎標準，保證底板與頂板的結(jié)合處能接實，如果因為支架不牢靠造成事故就得不償失了。炮采作業(yè)中要做好放炮準備，對放炮位置周邊10m進行檢查，遇到特殊地形可以增加檢查范圍，如果發(fā)現(xiàn)支護機構(gòu)有損壞及時與工程負責人聯(lián)系。頂板的支護是一個由內(nèi)向外的過程，也就是說一定要保證工作人員的后路暢通，爆破后馬上支護，杜絕空頂作業(yè)。整個炮采過程要有經(jīng)驗豐富的工作人員進行，及時對出現(xiàn)的各種問題進行技術(shù)支持。

3.3 掘進工作面與巷道頂板的安全管理辦法

為了適應(yīng)不斷變化的煤礦開采環(huán)境，需要引進新型的開采工藝，如跨度較大的疊加支護和錨索支護，像這種大跨度支護工藝主要用于

大型設(shè)備與工作面的回撤活動，為回撤和安裝先打好基礎(chǔ)，能彌補錨桿的不足。同時巷道頂板由于位置的特殊性要從兩個方面著重進行：第一，推廣光爆錨噴技術(shù)，這種技術(shù)是專門適用巷道掘進的施工工藝，尤其是對硬巖巷道格外慣用。第二，根據(jù)巷道巖體的軟硬程度選取錨桿的長度，如果是軟巖，掘進頭三十米左右會在零點八米處有小范圍的巖體松動，所以遇到類似泥頁巖這種的軟巖提前預(yù)留1.6m的松動范圍。如果是硬巖，則巷道畢本比較穩(wěn)定，松動情況基本不太可能在安裝支護過程中出現(xiàn)。無論是遇到軟巖還是遇到硬巖錨桿的錨固力都要達到20 kN～50 kN，這是行業(yè)標準，也是確保前探梁的應(yīng)用。

3.4 穩(wěn)定煤層頂板

根據(jù)國家標準和煤礦行業(yè)的行為規(guī)范，穩(wěn)定煤層頂板可以從以下四個方面進行：首先確保支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定整齊，做好質(zhì)量核定工作，其次，對煤層頂板的管理要正確使用支護方式。第三，做好初次放頂工作之間的銜接，每個環(huán)節(jié)安排專人負責，將責任落實到個人身上。第四，整個開采過程中，需要使用頂板動態(tài)儀對頂板的支撐壓力進行測量，避免因壓力過大造成的冒頂事故。

3.5 提高工作人員的專業(yè)素養(yǎng)

煤礦開采要本著安全第一的目標前行，提高工作人員的專業(yè)素養(yǎng)分為兩個層次，一是對領(lǐng)導(dǎo)層，領(lǐng)導(dǎo)層的決策關(guān)乎著工人們的安全，所以領(lǐng)導(dǎo)要加強自己的文化水平和專業(yè)知識，多向經(jīng)驗老道的工人請教，了解實際作業(yè)中可能出現(xiàn)的各種問題。二是對煤礦采掘工作的工人們要加強安全教育，提升他們的工作責任感和安全意識，定期展開安全教育培訓(xùn)，強調(diào)礦井安全注意事項，對工人反應(yīng)的每個問題及時解決，增加工人的安全意識。除此之外要多引進專業(yè)技術(shù)人才，讓煤礦采掘工作更靠譜。

4 結(jié)語

綜上，我們不難發(fā)現(xiàn)煤礦采掘工作面頂板管理的重要性，隨著科技的不斷進步，煤礦開采也進入了新紀元，變得更有層次更加安全。盡管目前煤礦采掘工作面頂板管理還有很多碎片化問題沒有解決，但是筆者相信經(jīng)過不斷努力，未來我國的煤礦開采事業(yè)會越來越安全，越來越高效。

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