淺析堅硬頂板綜采工作面采空區(qū)大面積懸頂處理技術(shù)

喬德龍

摘 要：隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，煤礦的安全開采也越來越得到人們的高度重視。目前，煤礦主要采用綜合機(jī)械化采煤方式開采煤炭資源，采用全部垮落法管理頂板，但是，對于堅硬頂板條件下的大采高綜采工作面，容易出現(xiàn)上下落山角頂板不易垮落，造成采空區(qū)大面積懸頂事故隱患，不利于煤礦安全生產(chǎn)。為了有效處理綜采工作面采空區(qū)大面積懸頂問題，本文針對采空區(qū)懸頂處理技術(shù)進(jìn)行了簡要分析。

關(guān)鍵詞：煤礦綜采面；堅硬頂板；懸頂處理技術(shù)

引言

隨著我國煤礦開采技術(shù)的不斷發(fā)展，綜合機(jī)械化采煤技術(shù)逐步取代了炮采、連采、普采等采煤技術(shù)，綜采技術(shù)具有回采速度快、回采率高、頂板控制安全性高等優(yōu)勢，但也存在采空區(qū)尤其是上下落山角頂板不易垮落的問題，而采空區(qū)大范圍垮落的直接后果是產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊坡，引起巖體塌陷和將采空區(qū)大量的有害氣體排放到作業(yè)場所，造成人員墜落或中毒、窒息等。頂?shù)装迨鹿实陌l(fā)生，一般是由于地質(zhì)條件、生產(chǎn)技術(shù)和組織管理等多方面的客觀和主觀因素綜合作用的結(jié)果，據(jù)統(tǒng)計，冒頂片幫事故所占的比例達(dá)60%以上，傷亡人數(shù)占40%左右。因此，為了保證礦井安全生產(chǎn)，保障礦工生命健康安全，煤礦綜采工作面采空區(qū)懸頂處理技術(shù)的探索尤為重要。

1 某煤礦綜采工作面概況

本工作面的總的構(gòu)造類型為單一走向N-S、傾向W的單斜構(gòu)造，從本工作面的順槽、切眼掘進(jìn)過程中及鄰近工作面回采過程中均沒有發(fā)現(xiàn)斷裂、撓曲構(gòu)造及火成巖侵入等，僅在局部地段煤層發(fā)現(xiàn)小型起伏，總體來說本工作面地質(zhì)條件屬于簡單一類區(qū)。煤層傾角1.3°左右，煤層底板高程1043.831～1055.556m，地面標(biāo)高為1165～1270m，工作面覆蓋厚度為109.6～208.6m。工作面走向長2294.865m，傾向長296.95m，厚度變化幅度相對較小，煤層結(jié)構(gòu)簡單，煤層平均厚度5.96m，可回采面積681460.16m2。5-2煤視密度值為1.32t/m3，工作面地質(zhì)儲量為536.1萬噸。

本工作面5-2煤層無偽頂。工作面直接頂為灰白色的細(xì)粒砂巖，厚1.98m，底部為泥巖，含大量植物莖葉化石，中厚層狀，泥鈣質(zhì)膠結(jié)，分選好，主要成分為長石和石英。

老頂為灰色粉砂巖，中部夾薄層細(xì)粒砂巖及黑色條帶，泥質(zhì)膠結(jié)，厚13.87m，具水平層理，塊狀，主要成分為長石和石英。頂板巖層飽和抗壓強(qiáng)度為11～48.52 MPa，平均29.88MPa，屬不穩(wěn)定～較穩(wěn)定型（Ⅰ～Ⅱ）。

本工作面5-2煤層的直接底板為灰色的細(xì)粒砂巖，含大量植物根部化石碎片及白云母片，主要成分為長石和石英，厚0.9m，夾黑色條帶，具微波狀及水平層理，泥質(zhì)膠結(jié)。巖石飽和抗壓強(qiáng)度17～48.2MPa，平均24.73 MPa，屬較軟類底板（IIIa）。

本工作面采用一次采全高，單一走向長壁綜合機(jī)械化采煤法，全部垮落法處理頂板，推進(jìn)方式為后退式。工作面通風(fēng)系統(tǒng)為U型通風(fēng)。

本工作面煤層頂板巖石強(qiáng)度和彈性模量高，整體性強(qiáng)，自承能力強(qiáng)，煤層開采后頂板大面積懸露在采空區(qū)短期內(nèi)難以垮落，有強(qiáng)烈的周期性來壓的特點，因此，在施工的時候容易造成支護(hù)設(shè)備損壞，危及人身安全等惡性事故。

2 煤礦綜采面采空區(qū)懸頂處理技術(shù)

2.1 礦壓觀測

本工作面使用電液控制礦壓監(jiān)測分析系統(tǒng)，每臺掩護(hù)式液壓支架右立柱上裝有壓力傳感器，數(shù)值可以動態(tài)顯示在神坤電液控顯示屏上，通過控制臺計算機(jī)將顯示的數(shù)據(jù)傳送到地面?zhèn)€人終端計算機(jī)，用專業(yè)的液壓支架數(shù)據(jù)監(jiān)控軟件就可把頂板載荷數(shù)據(jù)動態(tài)直觀地顯示在電腦屏幕上，記錄的數(shù)據(jù)為研究周期來壓步距和頂板活動規(guī)律提供了依據(jù)。

工作面上下順槽礦壓觀測使用機(jī)械式頂板離層儀觀察頂板離層量，在頂幫設(shè)標(biāo)記觀察點測量頂、底板和兩幫移近量。

2.2 預(yù)防措施

加強(qiáng)工作面兩端頭支護(hù)，在推采過后，及時將超前液壓支架升起，初撐力不低于25.2Mpa，側(cè)護(hù)板、護(hù)幫板及時伸出。移端頭液壓支架時，采取帶壓拉移，利用液壓支架頂梁破壞頂板錨桿，減弱錨桿對頂梁的支護(hù)，其次降下液壓支架前梁反復(fù)升降，利用液壓支架的剪切性能破壞頂板的完整性，使其盡早垮落。

加強(qiáng)礦壓在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測，若液壓支架載荷達(dá)到30Mpa，現(xiàn)場人員通過觀察壓力表載荷，根據(jù)目測懸頂距離、支架載荷和垮落步距超前做好防范工作。

加強(qiáng)作業(yè)人員安全培訓(xùn)教育，規(guī)范安全作業(yè)行為，掌握頂板來壓預(yù)兆和防護(hù)措施。上下落山角懸頂面積過大時，嚴(yán)禁人員長期在端頭液壓支架段逗留，人員經(jīng)過兩端頭時快速通過，刮板輸送機(jī)兩端頭司機(jī)站位于兩端頭華寧控制器處（避開懸頂區(qū)域），來壓時用手抓緊液壓支架立柱起吊環(huán)，防止懸頂垮落形成的颶風(fēng)對人員造成受傷害。

2.3 處理技術(shù)

此前，該礦都是采用預(yù)裂爆破的方式對工作面大面積懸頂進(jìn)行強(qiáng)制放頂，但因工程量和炸藥量大，安全性差，也就會使得井下空氣被污染，且會嚴(yán)重影響回采進(jìn)度。目前，通過試驗應(yīng)用水力預(yù)裂技術(shù)，帶來許多的優(yōu)勢，其主要就表現(xiàn)在增加了鉆孔壓裂次數(shù)，減小了采空區(qū)直接頂垮落步距，縮短懸頂時間，提高了安全系數(shù)。

3 結(jié)束語

總而言之，隨著我國科技的不斷發(fā)展，我國采煤的技術(shù)也在一定的程度上得到了相應(yīng)的提升，為了能夠更好地處理因上下落山角頂板不易垮落而造成懸頂面積過大的問題，煤炭工程技術(shù)人員一直都立足實際與發(fā)展，不斷加大對新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用力度，真正做到了把技術(shù)上的追趕超越作為攻堅克難、持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，助推礦井安全生產(chǎn)。

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