煤礦采掘工作面頂板管理的問題研究

（山西省陽泉煤業(yè)集團有限責任公司五礦 山西 045200）

在前幾年的煤礦事故統(tǒng)計中，由工作頂板引起的事故占所有事故的三分之一。這迫使我們非常重視在特定的施工作業(yè)中對煤礦開采前部的屋頂進行管理，并且承接該項目的公司必須嚴格?？刂乒ぷ髅骓敯褰M成的各個環(huán)節(jié)，嚴格控制事故發(fā)生，積極提高技術(shù)水平，增強施工作業(yè)的安全性，為采礦作業(yè)提供良好的環(huán)境。結(jié)合我自己的工作經(jīng)驗和大量的咨詢信息，作者認為應該從以下幾個方面探討這個主題。

1.礦頂板的巖層分類

圖1 圍巖變形

工作面頂板的構(gòu)造基于圍巖的變形（圖1）。了解煤礦頂板巖層的狀況可以為管理煤礦工作面頂板奠定理論基礎。結(jié)合當前巖層和頂板巖層的位置，頂板巖層可分為三種類型：第一是偽頂板巖層，即碳層上方的巖層；它相對較薄，容易因外部影響而崩潰?？赡馨l(fā)生煤崩落的現(xiàn)象，發(fā)生完全坍塌，該巖層的厚度約為0.3m。第二是直接上巖層。直接上層巖層通常位于擬上層巖層之上，其中一些也存在于煤層之上。它的主要成分是頁巖和砂巖，它們也比較脆，容易倒塌，特別是在煤礦中。開挖工作完成后移開支撐物，會影響巖層的穩(wěn)定性。第三是古老的上層巖石層，它位于直接上層巖石層之上，但不與直接上層巖石層直接接觸。與前兩種類型相比，它更硬且具有一定的厚度。該層的穩(wěn)定性更好。它不太可能受到上層巖石直接塌陷的影響，并且不會在開挖上方保持裸露區(qū)域?；谝陨险J識，我們將工作面屋面分為軟屋面，中垂屋面和硬屋面。了解頂巖層的分類可以提高礦山管理的安全性。

2.礦采掘工作面頂板問題研究

(1)煤壁冒頂問題

在煤礦開采中，由于煤層頂板中會產(chǎn)生一些裂縫，使得巖石的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，煤礦開采過程中會有振動產(chǎn)生，所以煤礦所受壓力會重新進行分布面出現(xiàn)問題，并且支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不符合安全標準，可能會導致工作面出現(xiàn)問題。頂板塌陷發(fā)生在煤墻上，因此，應采用及時合理的支護方法，并應動態(tài)監(jiān)測頂板壓力。

(2)梁端頭冒頂問題

在煤礦開采過程中，機器頭部或尾部的位置經(jīng)常移動，從而導致該位置的機架反復移動，并且屋頂反復傾斜。同時，煤礦開采的主要壓力會相互疊加在一起，使得工作面兩端的壓力全部集中在頂板上。同時，工作面和所連接的軌道的支撐不符合施工要求，則也可能會在現(xiàn)場造成車頂?shù)袈鋯栴}。因此，這是管理采礦區(qū)頂板的關(guān)鍵步驟。

(3)工作面放頂線冒頂問題

圖2 工作面冒頂支護

隨著采煤的不斷推進，采煤前緣的頂板將明顯下陷，當巖層中有一層巖石時，它會不穩(wěn)定并在回采作業(yè)中移動，將對支架產(chǎn)生嚴重影響。另外，在撤回支柱時，如果將所有支柱拆除，則屋頂可能會塌陷并倒下，威脅到操作人員的安全，因此有必要在此環(huán)節(jié)加強屋頂安全管理。

(4)掘進工作面煤(巖)壁冒頂問題

在掘進工作面的煤（巖石）破碎操作（爆破）期間，破碎的煤（巖石）可能在路頭頂部生成。因為它與碳素體（巖石）之間的連接被破壞，所以一旦支撐物未達到設計強度，碳素體（巖石）可能會塌陷造成安全事故。另外，掘進作業(yè)要有足夠的支撐阻力，并且要及時的支撐掘進工作面的相應頂板，否則會導致頂板掉落。

(5)交岔巷道冒頂問題

由于在采礦和挖掘活動中需要修建道路交叉口，并且道路交叉口的跨度必須大，而且還要有較高的應力，所以非常容易出現(xiàn)屋頂?shù)袈涞氖虑椤Ｌ貏e是在支撐力不發(fā)生改變的時候，屋頂?shù)袈涫鹿食霈F(xiàn)的可能性很高，例如碳（巖石）體的分離和屋頂?shù)牡袈?，并且這種事故的隱患很難盡早發(fā)現(xiàn)，使其成為屋頂管理的關(guān)鍵。

(6)地質(zhì)構(gòu)造面冒頂問題

煤礦企業(yè)在進行井下開采工作時，時常會發(fā)生諸如斷層，褶皺，灌叢帶，塌陷柱等地質(zhì)構(gòu)造帶。由于原位應力的影響，這些地質(zhì)構(gòu)造區(qū)發(fā)育出煤（巖）裂，集中應力和壓力支撐。容量低，當?shù)刭|(zhì)量數(shù)據(jù)不清楚，支撐方法和強度選擇不當以及屋頂墜落情況非常容易出現(xiàn)，造成屋頂很難進行管理。

3.煤礦采掘工作面頂板管理問題的解決策略

(1)逐漸完善頂板管理機制

煤礦企業(yè)需要非常注重頂板的妥善管理，以預防頂板管理工作為重點，切實減少頂板墜落事故的發(fā)生。煤礦企業(yè)應該不斷完善支護措施，合理的使用高強度支護，密閉支護，端部支護，切屑支護和特殊支護等措施。有很多方法可以確保采礦作業(yè)的安全性。同時，在開采過程中，應進行定期檢查，并采取薄屋頂管理措施，以確保支護的安全性和可靠性，以避免發(fā)生事故和財產(chǎn)損失。

(2)掘進地質(zhì)構(gòu)造帶頂板管理措施

在隧道施工作業(yè)中，應采用高強度的支撐方法從結(jié)構(gòu)表面支撐和操縱頂板，以免發(fā)生嚴重的安全事故，例如從頂板墜落。目前，在隧道工作面最常使用它來進行或推進對結(jié)構(gòu)帶的勘探和支撐，以確保采礦作業(yè)的安全。這種支撐方法不僅易于操作，而且可以有效地支撐較大的屋頂面積，還可以與局部回填和水泥技術(shù)相結(jié)合，以提高屋頂結(jié)構(gòu)的完整性。應注意地質(zhì)構(gòu)造帶支持方法的選擇。有必要了解地質(zhì)構(gòu)造，床層發(fā)育程度和煤（巖）體的承載阻力，并結(jié)合車道的寬度和高度以及煤層的壓力合理選擇支撐方法。

(3)地質(zhì)構(gòu)造帶頂板管理措施

煤礦企業(yè)需要安排有較多經(jīng)驗的專業(yè)技術(shù)人員來沖擊工作面的頂部和碳壁，以準確確定是否存在諸如浮碳分離或脈石的問題。降低頂板壓力時，施工人員應根據(jù)端面距離的實際長度設置頂板高度，并將矩形木材和其他材料與木炭墻平行放置。操作員還可以采用液壓前向掃描伸縮梁或擋泥板作為支撐，以防止二次屋頂墜落事故。此外，前探測梁應與鋼針和臨時支柱的插入相結(jié)合，以及時支撐屋頂，以確保屋頂結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。

(4)煤礦采掘工作面巷道頂板管理措施

圖3 巷道支護

在管理采煤工作面和巷道頂板的安全中，首先要堅持預防管理的原則，合理選擇合理的支護方法，以確保采礦工作的安全。①在煤礦巷道的支護作業(yè)（圖3）中，所采用的剛性支座應盡可能選擇功能可調(diào)的裝置或扣環(huán)式的裝置。其中，拱形閂鎖式金屬支架可以有效地提高屋頂結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并具有較好的支撐效果，這就是為什么它被廣泛使用的原因。如果采用螺栓和噴射混凝土支撐方法，則應盡可能采用預應力螺栓（錨索）型支撐。②在煤礦基坑施工中，當基坑前部煤（巖）的硬度滿足使用前梁的條件時，應盡量采用前梁盡可能地進行施工。最常見的前探測光束包括單光束，三回路和懸吊式，而一光束三回路的前探測光束已在現(xiàn)在的煤礦采煤實踐中進行普遍的使用。③當開挖道路的屋頂主要為頁巖時，疏松區(qū)通常距井頭約30m，其延伸范圍通常在0.5m至1.2m之間。當煤礦開挖道路的頂板主要是石灰石時，松散圓通常距離道路70m，松散范圍主要是大約0.4m。此外，錨的強度必須控制在60kN至90kN之間。④在采煤工作面頂板的管理中，應積極采用小鉆，小載荷，小錨桿三大支護技術(shù)，特別是在應用錨網(wǎng)，錨桿等材料后。錨形梯形鋼梁，其支撐效果可進一步增強。此外，噴砂噴射混凝土技術(shù)也是吊頂支架中有效的支撐方式，可以有效提高吊頂支架的整體性和穩(wěn)定性。

4.結(jié)束語

綜上所述，通過研究不難發(fā)現(xiàn)管理煤礦開掘工作面頂板管理的重要性隨著科學技術(shù)的不斷進步，煤礦開采也進入了一個新的時代，日益分層和安全。盡管仍然存在許多尚未解決的煤礦開采分散問題，但作者相信，通過不斷努力煤礦開采行業(yè)將在未來變得更安全，更高效。