51408放頂煤工作面開(kāi)采頂板控制及管理措施

趙 培

(山西省煤炭規(guī)劃設(shè)計(jì)院(集團(tuán))有限公司，山西 太原 030045)

1 前言

山西忻州神達(dá)棲鳳煤業(yè)514采區(qū)51408工作面煤層厚度12.44～18m，平均15.22m。該煤層含夾石1～3層，夾石厚0.15～0.6m，一般小于0.50m，屬結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單～中等，為特厚煤層。直接頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖，局部為砂巖。底板為泥巖、砂質(zhì)泥巖，本煤層屬穩(wěn)定可采煤層。偽頂為泥巖、砂質(zhì)泥巖，厚度0～0.65m，平均0.25m，巖性為灰色、灰黑色，質(zhì)軟，屬軟弱～半堅(jiān)硬巖石。

直接頂為砂巖、泥巖，厚度1.03～5.02m，平均2.15m，巖性為深灰- 灰黑色，含植物化石，質(zhì)較軟，屬軟弱～半堅(jiān)硬巖石。根據(jù)鉆孔采樣試驗(yàn)，頂板為泥巖時(shí)，抗壓強(qiáng)度40～60MPa，平均49.80MPa；抗拉強(qiáng)度1.5～4MPa，平均2.7MPa；抗剪內(nèi)摩擦角34°27′～38°31′，內(nèi)聚力4.4～9.7MPa，平均7.10MPa。

基本頂為中細(xì)粒、中粗粒砂巖，厚度7.45～16.27m，平均11.7m，巖性為灰白色，質(zhì)硬，裂隙發(fā)育，成分主要以石英為主，屬半堅(jiān)硬～堅(jiān)硬巖石。

51408工作面頂板控制采用全部垮落法。根據(jù)5號(hào)煤層51404工作面礦壓觀測(cè)資料，以及工作面頂板初次及周期來(lái)壓情況，51404工作面直接頂隨采隨落，工作面周期來(lái)壓不明顯，51404工作面基本頂周期來(lái)壓不明顯。通過(guò)計(jì)算并結(jié)合51404頂板運(yùn)動(dòng)情況，預(yù)計(jì)51408工作面直接頂初次垮落步距為8～10m，周期來(lái)壓不明顯；基本頂初次來(lái)壓步距為30～50m，基本頂周期來(lái)壓不明顯。

5號(hào)煤層在開(kāi)采過(guò)程中要掌握好工作面的推進(jìn)速度，要以技術(shù)部門(mén)提供的來(lái)壓預(yù)報(bào)為依據(jù)，掌握好初次放頂及基本頂初次來(lái)壓的時(shí)間，控制好頂板。為了提高放頂煤工作面開(kāi)采的效率和加強(qiáng)煤礦放頂煤開(kāi)采的安全管理，國(guó)家部門(mén)發(fā)布了《煤礦安全規(guī)程》等規(guī)章，旨在通過(guò)統(tǒng)一、嚴(yán)格的規(guī)章制度規(guī)范煤礦放頂煤開(kāi)采的各個(gè)工作環(huán)節(jié)。

2 回采過(guò)程中存在的問(wèn)題

工作面頂板的控制是采掘過(guò)程中十分關(guān)鍵的安全生產(chǎn)環(huán)節(jié)，然而51408回采工作面頂板事故依舊時(shí)有發(fā)生。深究其原因，涉及到很多方面，如采煤人員經(jīng)驗(yàn)不足、中途設(shè)備損壞、安全意識(shí)不強(qiáng)、支護(hù)初撐力不強(qiáng)等，其中最常見(jiàn)的是冒頂事故，具體問(wèn)題主要有以下幾個(gè)方面。

2.1 煤壁周圍發(fā)生的冒頂

在部分原生裂縫的直接頂中出現(xiàn)相互交錯(cuò)的裂縫和游離巖塊[1]。當(dāng)采用爆破和支架開(kāi)采時(shí)煤層就容易松動(dòng)，甚至是傾塌。另外煤層的抗壓力也是存在相互差異的，當(dāng)超過(guò)煤層抗壓力時(shí)，就會(huì)發(fā)生冒頂事故[2]。

2.2 頂板破碎帶發(fā)生的冒頂

該礦井?dāng)鄬訋Х譃閹讉€(gè)板塊，存在較粗角礫狀碎塊的“斷層角礫”,存在磨碎巖粉的“斷層泥”等，在斷層帶普遍存在著劈理等構(gòu)造裂隙。然而在斷層帶中最常見(jiàn)的就是斷泥層，斷泥層存在涌水量不可控的危險(xiǎn)因素，這容易造成斷泥層泥質(zhì)的軟化甚至引起坍塌[3]。為了解決這一問(wèn)題，一般會(huì)采取水泥質(zhì)進(jìn)行填充的方法，然而斷層本身存在著不穩(wěn)定的性質(zhì)，過(guò)多外來(lái)物質(zhì)的填充很容易致使圍巖破碎，以及造成破碎巖體的結(jié)構(gòu)在爆破過(guò)程中發(fā)生變形，這樣會(huì)直接降低頂板的抗壓力。因此，當(dāng)巖體受到超過(guò)承受能力范圍時(shí)，工作面頂板在拱形處就會(huì)出現(xiàn)冒落事故。

3 51408工作面頂板控制的因素

51408工作面頂板的控制主要受到技術(shù)管理和采煤工作面頂板施工環(huán)境兩方面因素的影響[4]。(1)技術(shù)管理方面：采煤工作人員的采煤技術(shù)、安全保護(hù)意識(shí)的缺乏和采煤機(jī)械得不到及時(shí)的維護(hù)等都是當(dāng)前采煤作業(yè)在技術(shù)管理方面的存在的影響因素。(2)采煤工作面施工環(huán)境方面:施工環(huán)境主要涉及了地質(zhì)情況、頂板環(huán)境等，其中無(wú)法為頂板提供完整、強(qiáng)有力受力的斷層是干擾頂板管理工作的一大因素。

4 工作面頂板控制措施

4.1 加強(qiáng)采煤工作人員的綜合素質(zhì)

在加強(qiáng)采煤工作面頂板控制和管理中，人員管理是一項(xiàng)十分關(guān)鍵的因素，因此要注重提高采煤工作人員的綜合素質(zhì)。一方面需要嚴(yán)格管理開(kāi)采人員的技術(shù)能力，對(duì)存在操作不規(guī)范的技術(shù)人員及時(shí)指出和整改[5]。另一方面對(duì)所有開(kāi)采人員進(jìn)行嚴(yán)格的基礎(chǔ)知識(shí)和安全意識(shí)的培訓(xùn)和考核，即定期組織人員參與培訓(xùn)教學(xué)讓他們深刻認(rèn)識(shí)巖層變化和各種安全防護(hù)措施。

4.2 建立健全工作面頂板管理意識(shí)

建立健全工作面頂板管理意識(shí)主要涉及3個(gè)方面：首先是加強(qiáng)采煤工作人員的綜合素質(zhì)。其次是在采煤作業(yè)開(kāi)展之前對(duì)工作面頂板的支護(hù)情況進(jìn)行全方位的細(xì)致檢查，避免出現(xiàn)脫落的意外。最后在采煤作業(yè)開(kāi)展進(jìn)程中安排專業(yè)人員對(duì)頂板情況進(jìn)行監(jiān)察，做到問(wèn)題早發(fā)生、早解決，最大程度降低頂板事故發(fā)生的概率。

4.3 應(yīng)對(duì)采煤工作面冒頂事故的預(yù)防措施

局部冒頂?shù)念A(yù)兆：工作面頂板裂隙張開(kāi)、裂隙增多、或是有掉渣、掉小塊矸石，當(dāng)敲擊問(wèn)頂時(shí)，聲音不正常；工作面遇有小地質(zhì)構(gòu)造等。大型冒頂事故的預(yù)兆：頂板接連發(fā)生斷裂聲、頂板掉渣、脫層；使用支架時(shí)支架斷裂并發(fā)出聲音；瓦斯涌出量驟增等。

預(yù)防措施：(1)針對(duì)于在煤壁附近的冒頂事故，支架設(shè)計(jì)初期加長(zhǎng)側(cè)板提高支架的初撐力保證其能承受直接頂及基本頂巖層的重量；在破碎頂頂板內(nèi)加入化學(xué)材料，避免斷層的軟化；提高液壓支架的穩(wěn)定性；嚴(yán)格控制采煤高度；在作業(yè)面采取循環(huán)作業(yè)的操作；以及進(jìn)行動(dòng)態(tài)的頂板監(jiān)察[6]。(2)對(duì)于巷道掘進(jìn)中的冒頂事故，巷道交叉口應(yīng)避開(kāi)原來(lái)巷道冒頂?shù)膮^(qū)域；根據(jù)掘進(jìn)巖石性質(zhì)，嚴(yán)格控制空頂距；嚴(yán)格執(zhí)行敲擊幫問(wèn)頂制度，保證巷道布置在穩(wěn)定的巖體內(nèi)，另外禁止空頂作業(yè)；選用質(zhì)量與規(guī)格規(guī)范的臺(tái)棚材料，保證臺(tái)棚具備較強(qiáng)的強(qiáng)度；選用初撐力的支架，保障支架具有足夠的支護(hù)強(qiáng)度和抗衡圍巖的強(qiáng)度；更換支架時(shí)，需要先架設(shè)起新支架后再拆除舊支架。

5 結(jié)論

51408回采過(guò)程中，相關(guān)部門(mén)需要采取高效的管理措施，嚴(yán)格勘測(cè)地質(zhì)情況，提高采煤人員的技術(shù)能力和安全意識(shí)；加強(qiáng)頂板管理力度，對(duì)頂板進(jìn)行細(xì)致的檢查、監(jiān)察與維護(hù)，為工作人員營(yíng)造安全的采煤工作環(huán)境。