煤礦綜掘工作面頂板管理分析

郭政華

（庫車縣科興煤炭實業(yè)有限責任公司，新疆 阿克蘇 842000）

煤炭開采的工序較多，涉及的風險隱患較多，工作面頂板是眾多風險隱患中的一個重要部分。因此，相關人員需要認真分析和研究這一環(huán)節(jié)，做好風險隱患排查工作，然后通過有效的措施對安全隱患問題進行規(guī)避，從根本上降低安全事故的發(fā)生概率，提高工作人員的安全，保證煤礦綜掘工作的順利進行。

1 煤礦工作面頂板的支護方法

井下巷道是煤礦開采的主要現(xiàn)場，巷道的照明環(huán)境差，空間狹小，設備多，不完全可控因素較多，因此這也是施工中容易出現(xiàn)安全問題的重要部分。因此，要加強工作面頂板的支護效果，以保證巷道的安全。目前，較為常見的頂板支護方法有兩種。

（1）可伸縮性型的頂板支架?？缮炜s的頂板支架在空間狹小的環(huán)境中具有獨特的應用優(yōu)勢。支架能夠?qū)崿F(xiàn)雙向伸縮，應用更加靈活，使用起來更加方便；在承載強度上，有實驗證實，其完全可以滿足頂板支護應起到的標準，大大提高了煤礦作業(yè)的安全，保證了工作的順利進行。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，這種支架還衍生出了其他的用途，為其得到更好的應用起到了推動作用。

（2）特殊型鋼支護。鋼材具有較強的支撐性能，型鋼是煤礦企業(yè)進行工作面支護的重要材料。在煤礦的開采過程中，工作面的環(huán)境相對較差，溫濕度、粉塵污染、氣體腐蝕等都會對鋼材造成一定的腐蝕，為了保證工程的安全，一定要選擇具有抗腐蝕等特點的鋼材。隨著科學技術(shù)的不斷創(chuàng)新，很多新型材料具有更強的優(yōu)勢，可以克服惡劣的環(huán)境，始終保持著其強度和性能不變，減少外界對其的損害。在支護型鋼形狀尺寸的選擇上，要根據(jù)具體的工程項目和工程需求合理選擇。根據(jù)工作面頂板需要的支護范圍、承載力、具體支護的位置等，合理確定型鋼截面的尺寸、形狀和數(shù)量，通過各方面的共同組合，達到支護的效果。選擇型鋼時，還要堅持綠色安全施工的原則。煤礦業(yè)屬于高危風險、具有污染性的行業(yè)，相關的管理部門為了能夠保證工作環(huán)境的綠色標準化，對工程的環(huán)境進行了嚴格的規(guī)定，包含各項材料是否符合規(guī)定，工藝、防護等是否達到要求等，這就要求工作面所用的支護型鋼具有較高的質(zhì)量水準，能夠滿足工程的需求。除此之外，還要加強對支護型鋼性能的檢驗。要對支護型鋼的抗壓性、拉力、承載力等進行嚴格的試驗，符合性能的才能選進采購名錄中，并以真實的實驗結(jié)果作為選擇的依據(jù)。

2 煤礦頂板的巖層分類

不同煤礦的環(huán)境不同，煤礦頂板的巖層種類也不盡相同，一般根據(jù)其位置可以分為三種。（1）偽頂巖層。從字面上可以理解，這種巖層很薄很脆弱，不能夠承受外力的作用，稍有不慎就會大面積傾塌，導致嚴重的后果。（2）直接頂巖層。這種巖層一般位于偽頂巖層上面，質(zhì)地相對較弱，一般是由較松散的顆粒和礦物質(zhì)組成的巖層。這種巖層也容易受到外力作用而遭到破壞，尤其在對其進行支架拆除的過程中，容易造成其結(jié)構(gòu)的損害，影響其穩(wěn)定性。（3）老頂巖層。這層結(jié)構(gòu)在前兩層之上，結(jié)構(gòu)相對堅硬，具有較好的承載性和穩(wěn)定性，可以承受較強的荷載。即使在其下面兩層脆弱巖層坍塌后，老頂巖層也可以繼續(xù)保持原有結(jié)構(gòu)，不會由此造成整體的掉落。按照上面分析可以得出，煤礦頂板的巖層由上至下的堅硬程度逐漸減弱，在進行頂板支護時，要根據(jù)這個特點合理施工。

3 煤礦頂板風險因素

在煤礦中，工作面頂板是出現(xiàn)安全問題的重要因素，要對這一環(huán)節(jié)的風險因素進行認真的分析，以便制定出具體的應對措施。頂板的風險因素主要有以下方面。（1）通風道坍塌事故。造成該事故的主要原因有四個方面：一是直接頂層巖其本身存在一定的破裂痕跡；二是直接頂層巖本身受到震動等改變了其原有結(jié)構(gòu)，使其失去穩(wěn)定性；三是支護不到位；四是老頂巖層受到巨大的外力沖擊。（2）設備移動造成的冒頂事故。在煤礦下的巷道內(nèi)，隨著作業(yè)的需要，機頭機尾部分會前后移動，在移動的過程中，頂板支架如果處理不好，就會對頂板的巖層造成一定的外力作用，對其造成破壞，從而形成片狀的巖層下落、坍塌，導致事故的發(fā)生。（3）放頂線周圍的坍塌。在煤礦的開采過程中，隨著開采量的加大，工作面的頂板會出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，這種變化會導致頂層的巖層結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，而回柱的轉(zhuǎn)動會加大巖層的松散度，破壞支護對其的支撐，一旦發(fā)生事故，將造成大面積的坍塌，對人們的生命造成威脅。

4 煤礦采掘工作面管理優(yōu)化措施

4.1 穩(wěn)定煤層頂板

在煤礦挖掘過程中應注重煤層頂板的穩(wěn)定性，通過對煤層結(jié)構(gòu)的分析，確定適宜的支護結(jié)構(gòu)，支護結(jié)構(gòu)的規(guī)格、尺寸、位置、數(shù)量等都應按照工藝的要求進行布置。初次放頂?shù)你暯犹幮枰蓪I(yè)的人員進行操作，落實好責任制。此外，還需要定期對頂板的支撐壓力進行測量，正確使用頂板動態(tài)儀能夠及時發(fā)現(xiàn)壓力過大的問題，便于及時采取措施避免出現(xiàn)冒頂事故。

4.2 采煤工作面棚頂?shù)捻敯骞芾?/h3>

在頂板管理中首先應確保支護結(jié)構(gòu)的質(zhì)量符合要求，在采購、到場檢驗過程中嚴格按照流程和標準，并根據(jù)不同區(qū)域的承重需求確定科學的支護形式，在初次放頂時，做好頂板間的銜接，提前確定好每個區(qū)域的負責人，使責任制得到有效落實。在整個采掘過程中制定頂板壓力檢測周期，安排專人定期查看頂板面動態(tài)儀的數(shù)據(jù)。在棚頂?shù)捻敯骞芾碇兄攸c關注頂板冒落高度和端面距長短兩個因素，可以在塌冒區(qū)鉆眼安置鋼針來構(gòu)成棚頂，但是需要注意的是一旦冒落高度和端面距超過1m后，就不能確保安全，需要在機炮道內(nèi)棚頂?shù)谋Ｗo下才能進行施工。具體操作為在刮板機擋煤板外側(cè)設置工形梁，從冒落區(qū)的一側(cè)逐步向作業(yè)區(qū)布置，擋板外側(cè)為2～3個，需使采高與煤壁等高。然后用撬棍或者鋼釬等工具在井巷、工作面頂板及側(cè)幫等位置有規(guī)律敲擊，通過聲音來發(fā)現(xiàn)浮石或者薄層，判斷頂板的穩(wěn)定性，這項工作對工作人員的經(jīng)驗要求較高。頂板壓力變小后通過端面距大小確定科學的頂高并用長方木搭設平行煤壁。為了避免再次發(fā)生冒頂，在機炮道內(nèi)也應設置單體液壓支柱以提升支撐能力，確保穩(wěn)定性。確保假頂?shù)姆€(wěn)固，其前探梁應與方木通過鋼針固定為一個整體，使之與煤壁緊密穩(wěn)定貼合，避免出現(xiàn)傾斜、翻倒等問題，在挖煤作業(yè)需要移柱時需要提前在假頂下部設置好穩(wěn)固的臨時支撐，避免采煤機通過時漏頂區(qū)冒落帶來的安全隱患。

4.3 局部厚煤層頂板加固的管理措施

支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性直接影響著煤層頂板的穩(wěn)定和安全，應在以下兩個方面加強管理以確保頂板加固的質(zhì)量：一是支護自身的結(jié)構(gòu)形式、材質(zhì)和高度，這決定了其最大支撐力；二是一定壓力下與煤層的接觸面積決定了壓強的大小，需要保證局部煤層頂板的安全。因此，應根據(jù)采煤區(qū)的實際情況，確保煤層頂板得到加固。（1）增加支護的面積，選擇兩側(cè)有延伸的支護結(jié)構(gòu)，這樣可以通過擴大控制面，對更大區(qū)域的煤層進行接觸，提升支護穩(wěn)定性，降低傾斜的危險，并能有效填充局部的凹陷。（2）采取木垛支護。在施工中隨著采掘高度的增加，根據(jù)壓桿穩(wěn)定原理，支護的抗壓能力會下降，因此鋼制支護的截面將隨著高度的增加而變大，保證支撐能力，而采取木垛的形式，能降低高度和其他因素的影響，且操作比較簡單，也能實現(xiàn)對頂板的大面積支撐。在施工中盡量避免在冒頂區(qū)域進行震動較大的作業(yè)，避免造成頂層結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，引發(fā)安全問題。

4.4 注重布置工作面

采礦的安全性和工作效率與工作面的設置密切相關，因此應注重工作面布置的科學性。（1）對作業(yè)區(qū)進行詳盡的勘察，如工作面的地質(zhì)、構(gòu)造、水分等，通過對這些數(shù)據(jù)進行分析，提前發(fā)現(xiàn)作業(yè)區(qū)存在的各種風險因素，形成全面科學的分析報告。（2）根據(jù)這些數(shù)據(jù)，結(jié)合施工現(xiàn)場、工作面環(huán)境條件、設備特性等，有針對性地改進方案，形成科學的工作面方案，使采礦作業(yè)能安全、高效地進行。（3）滲透問題也是煤礦施工中嚴重威脅工人生命安全的事項，應制定嚴密的防滲漏預案和預防措施，在日常作業(yè)中對滲透加以關注并及時采取措施避免工作面出現(xiàn)滲透。

4.5 優(yōu)化井下巷道支架的結(jié)構(gòu)性能和強度

在進行井下巷道掘進時，第一次掘進時巷道可能在壓力的作用下發(fā)生變形，這將對施工效率和安全造成較大影響，因此需要在進行頂板支護時采取措施避免巷道的位置和形狀發(fā)生變化。為了解決這個問題，提高巷道的穩(wěn)定性，一般會選擇剛性和柔性適中的支護結(jié)構(gòu)，既要確保對頂板形成強有力的支撐，還要具備一定的形變能力，以便容納巷道圍巖的變形，使變形在合理的范圍內(nèi)維持住巷道的形狀，以便挖掘作業(yè)順利開展。巷道的布置應便于施工，在巷道中加裝支護應注意其維護性和完整性，以便在出現(xiàn)問題時展開返修施工。在作業(yè)期間，還應定期檢查壓力值，將圍巖所承受的壓力進行釋放，在釋放過程中需要額外做好防護，使壓力值始終處于安全的范圍內(nèi)。

5 結(jié)束語

煤礦綜掘行業(yè)屬于高風險行業(yè)，由于受多種風險因素的制約，極易發(fā)生安全事故，而煤礦工作面頂板的坍塌等是事故中較為常見的問題。因此，加大對工作面頂板的管理至關重要。相關管理部門要熟悉頂板的巖層的結(jié)構(gòu)特征，認真辨別出風險源，對每個風險源根據(jù)風險大小來進行合理的風險規(guī)避和處理，通過加固支護、優(yōu)化巷道結(jié)構(gòu)等方法，保證頂板的管理能夠安全有效，為煤礦的安全穩(wěn)定生產(chǎn)提供保障。