煤礦井下采煤工作面頂板管理措施研究

王巖

（內(nèi)蒙古白音華海州露天煤礦有限公司，內(nèi)蒙古錫林郭勒盟 026200）

0.引言

在煤礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過程中，采煤工作面頂板安全事故屬于主要的安全生產(chǎn)事故之一。該安全事故一旦出現(xiàn)會給煤礦企業(yè)帶來十分嚴重的人員傷亡和經(jīng)濟損失，也會威脅煤礦行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。因此在煤炭資源的開采過程中，需要加強工作面頂板的管理控制工作，有效減少在工作當中安全事故的發(fā)生幾率，確保煤炭井下生產(chǎn)工作開展更加安全，保障人員的生命財產(chǎn)安全，促進企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

1.工作面頂板分類分析

工作面頂板指的是處于每一層上方的不同巖層層位分為：偽頂、直接頂以及老頂?shù)?。不同的空間層位有不同的特點[1]。偽頂包含有泥質巖層以及炭質泥巖，厚度大約保持在0.3m～0.5m，后期會跟隨著煤礦井下開采工作的持續(xù)推進，產(chǎn)生順勢的掉落。直接頂主要位于煤層以及偽頂?shù)纳喜糠?，包含有粉砂層、砂巖層、等，厚度經(jīng)常是3m～10m不等。相比起偽頂來說，直接頂具有一定的穩(wěn)定性，但是也會在回采的工作中出現(xiàn)掉落。老頂位于直接定的上部分，厚度大約是2m～5m，老頂?shù)膸r體完整性比較好，在開采過程中能夠表現(xiàn)出比較強烈和明顯的壓力規(guī)律。

2.井下采煤工作面頂板安全事故因素分析

2.1 自然因素

針對于煤礦井下開采來說，一旦遇到斷層、陷落柱以及節(jié)理裂縫等地質構造，都會對煤炭的開采產(chǎn)生直接影響。在開采工作開展之前，工作人員并沒有及時全面地，了解工作面的地質構造，一旦在施工中遇到斷層工作面上的壓力會突然產(chǎn)生變化，解決措施采取不及時，會在開采過程中引發(fā)冒頂片幫事故。礦山壓力指的是煤炭資源開采作業(yè)中，工作面周圍的掩體表現(xiàn)出來的應力集中現(xiàn)象。當前的大部分礦山開采都會受到礦山壓力作用，在開采工作面中不出現(xiàn)彎曲下沉的情況，也會呈現(xiàn)出周期來壓的特征。這種影響通常會存在一定的差異性，很容易受到賦存狀態(tài)的影響，如果沒有在開采過程中及時有效采取防護措施，很容易出現(xiàn)冒頂事故。

2.2 管理原因分析

通常情況下在爆破作業(yè)以后，1h～2h之內(nèi)很容易出現(xiàn)冒頂事故。因為爆破之后，工作面頂板會受到震動因素影響，掩體初期的壓力平衡被打破，巖石結構已經(jīng)母體分離的位置會因為應力快速釋放，而出現(xiàn)冒弱的情況。再加上在之前，如果工作人員缺少隱患排查經(jīng)驗，并沒有在該工作階段當中快速地推斷出覆巖的運移規(guī)律，沒有提前進行錨固，很容易導致安全事故的出現(xiàn)。此外，在采煤工作結束之后，如果沒有及時的進行有效的支護，也容易出現(xiàn)冒頂事故。當前一部分，煤礦企業(yè)并沒有把安全管理落實到個人，并且井下工作人員的文化素質水平較低，沒有形成足夠的安全意識，后期的支護施工質量較低，這都是引發(fā)冒頂安全事故出現(xiàn)的主要原因。

2.3 技術因素分析

當前一部分煤礦企業(yè)采煤作業(yè)當中，參數(shù)等設計不夠合理，例如工作面的長度、采煤的高度和循環(huán)的進度都不夠準確，設定的回踩作業(yè)順序不夠科學合理，選擇的回踩技術方案也無法有效提升采煤工作效率，很容易導致作業(yè)當中，頂板暴露的時間太長，從而帶來冒頂事故安全隱患。

3.嘗試工作面頂板冒頂事故發(fā)生機理分析

在煤礦井下開采工作開展中，對于工作面空間產(chǎn)生影響最大的是直接頂。頂板屬于中等穩(wěn)定，但是其自身的穩(wěn)定性與監(jiān)理裂縫發(fā)育程度有很大關系。在開采的過程中煤層比較松軟，如果工作面的循環(huán)不夠正規(guī)導致頂板破碎[2]。那么頂板破碎之后，會從液壓支架前兩端的空隙當中暴露出來，造成直接頂斷裂下沉到開采面積，從而帶來冒頂安全事故。節(jié)理裂隙分為地壓裂隙、構造裂隙和原生裂隙。在其中地壓裂隙和構造裂隙對于頂板控制的影響非常大。地壓裂隙主要是煤層開采之后引起的，強大的支撐壓力也會對于直接導致出現(xiàn)地壓裂隙影響。在煤礦的開采過程中，基本頂以及上層的巖層重量，會對工作面造成支撐壓力。工作面如果實現(xiàn)不了正規(guī)循環(huán)，會導致支撐壓力逐漸加大作用于直接頂上，導致直接頂產(chǎn)生低壓裂隙。低壓裂隙一旦在開采中產(chǎn)生，不僅會讓原生裂隙逐漸擴大，也會讓相鄰的裂隙相互連通，不及時采取有效措施，會帶來冒頂事故。構造裂隙則主要是地質構造不斷運動而產(chǎn)生的，通常貫穿于整個巖層當中，在地下水的作用下該巖層中也會引入其他的物質，從而不斷地減弱裂隙之間的粘結力。在直接頂中存在這種裂隙類型，很容易沒有任何預兆而產(chǎn)生冒頂事故。

4.煤礦井下采煤工作面頂板管理有效措施

4.1 做好地質調查

相關部門需要針對煤礦井下的開采區(qū)域地質條件進行深入的調查研究，尤其是針對特定的地質構造進行詳細核查，有效地評估當前礦區(qū)水文和地質條件。在分析獲得調查結果之后，根據(jù)具體的情況作出相應的開采計劃。例如在斷層附近采用加強頂板，或者是支護互幫的方式進行管理。通過采取專項的管理措施，來有效地做好斷層位置的開采準備。

4.2 科學合理的設計出工作面參數(shù)

在工作面參數(shù)的設計中，需要盡可能的避免大型地質構造的開采。如果大型地質構造不可避免，只要盡可能的讓采煤的工作面跟每一層的裂隙發(fā)育方向，呈現(xiàn)出垂直或者是斜交的狀態(tài)。在設計過程中要明確出特殊的支護方式，詳細地進行支護時間和支護距離的參數(shù)設計，便于后期開采工作人員實施操作。在開采中面臨著大型的破碎帶施工條件，受到頂板破碎程度的影響導致無法進行下一部分工作，設計人員可以嘗試為破碎頂板中間填筑糾結模糊材料，從而有效地確保開采過程中破碎頂板不會掉落。設計工作需要根據(jù)實際的地質情況完成，確定出巷道的布置形式以及施工參數(shù)，同時也要進一步明確采煤工藝，選擇采煤的高度以及采空區(qū)處理方式等，為下一步的開采工作開展提供重要依據(jù)。

4.3 確定出合理的回采工藝

首先進行煤炭的切割，然后把切割好的煤炭裝載運輸。這一系列工作屬于一個循環(huán)的工作流程。包含在五個基本的工作工序當中：切割、裝載、運輸、工作面支護、采空區(qū)處理等。工作人員需要首先明確采煤機的型號，設定出合理的煤炭切割方式，保證科學的煤炭切割速度，同時也需要確定不同工作，內(nèi)容涉及的相關參數(shù)是否準確。

4.4 對于支護設計加強重視

要根據(jù)當前煤礦井下工作面條件計算出工作面支護的強度。根據(jù)幾何計算出來的結果選擇支架的型號，分別確定出中間價和端頭架的類型以及設置數(shù)量，這樣才能夠確保超前支護方式，能夠更加科學合理[3]。當遇到底板比較柔軟的情況時，為了能夠有效地避免支柱底部鉆地，不斷地提升支柱的初始支撐力，需要給超前支護的單體支柱進行穿鐵鞋操作。工作人員需要進行支架選型的驗算，通過驗算之后，才能夠確保支架選擇的合理性，并進一步確定出支架控頂距的參數(shù)。針對于特殊情況下的頂板管理也可以進行特殊處理。在最初開采工作面之前，工作人員要嚴格按照相關要求進行超前支護，相關工作部門要安排專業(yè)的工作人員進入到現(xiàn)場跟蹤檢查支護工作的開展質量。在壓力期間要嚴格規(guī)范采煤的高度，確保采煤過程中支架的液壓系統(tǒng)以及泵站都能夠正常運行，沒有出現(xiàn)任何漏油的情況。

4.5 做好支護監(jiān)測工作

工作人員要采用相應的技術手段，掌握控制好頂板運動規(guī)律，針對于工作面的支護，做好監(jiān)測工作。在每一個工作面的支架上安裝一套壓力表，注明出觀測點的編號，實時監(jiān)測在不同工作面中，各個液壓支架初始支撐力以及工作阻力?？梢栽诔爸е幇惭b單體支柱壓力監(jiān)測設備，針對于超前支柱進行獨設置上立監(jiān)測，確保煤礦開采更加安全穩(wěn)定。在后期驗收中工作人員要按照工作面工程質量驗收單來驗收每一個生產(chǎn)類型，并準確地記錄好監(jiān)測結果。

5.結語

在煤礦井下開采工作當中，工作面頂板冒頂屬于比較常見的安全事故，同時也是影響非常惡劣的事故類型。通過生產(chǎn)實踐可以證明，該類安全事故是具有一定規(guī)律可循的，只要能夠掌握好該安全事故的活動規(guī)律，選擇使用正確的理論、管理手段來針對頂板進行有效監(jiān)測和管理，能夠確保工作面頂板的應用更加安全合理，避免頂板安全事故的發(fā)生。