景福煤礦放頂煤開采頂板管理技術(shù)措施分析

段春陽

（山西華陽集團(tuán)新能股份有限公司，山西 陽泉 045000）

景福煤礦150503放頂煤工作面位于礦井井田新區(qū)中西部，西部為井田邊界（鄰礦博大京魯煤礦），南部為未采區(qū)域，東部為陽泉上社二景和二景和諧煤礦，北部為F3斷層。15號(hào)煤層工業(yè)資源/儲(chǔ)量為3 505.6萬t，設(shè)計(jì)資源/儲(chǔ)量為2983萬t，設(shè)計(jì)可采資源/儲(chǔ)量為1 743.97萬t。在過去的開采過程中，發(fā)現(xiàn)工作面的冒頂發(fā)生次數(shù)較多，嚴(yán)重威脅到工人的生命安全。為了保證工作面的安全開采，設(shè)計(jì)了一系列的頂板管理技術(shù)措施[1-3]。

1 正常情況下頂板管理技術(shù)措施分析

1.1 堅(jiān)硬頂板管理

直接頂類別為2類（中等穩(wěn)定），老頂520＜Pmo≤620，屬于Ⅱ級(jí)，則150503工作面采空區(qū)頂板易垮落。根據(jù)150503工作面地質(zhì)條件及鄰近已采工作面老頂來壓情況，確定本工作面頂板來壓步距如下：直接頂初次垮落步距為12～22 m，老頂初次垮落步距為35～45 m，老頂周期來壓步距為18～25 m。

根據(jù)150503工作面地質(zhì)條件及相鄰已采工作面頂板跨落狀況，工作面頂板不屬于堅(jiān)硬頂板，初采期間采取頂板預(yù)裂措施后，無需強(qiáng)制放頂。采空區(qū)頂板懸頂面積過大，也會(huì)給安全生產(chǎn)帶來極大隱患。為了預(yù)防這種情況，在150503工作面采取頂板預(yù)裂措施。頂板預(yù)裂爆破方案如下：工作面共布置鉆孔25個(gè)，鉆孔垂直工作面切眼布置，鉆孔長度為30 m，仰角60°，鉆孔采用直徑為56 mm 的鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆孔方向與150503工作面推進(jìn)方向一致。

1.2 回采巷道和工作面頂板管理

工作面采用放頂煤液壓支架支護(hù)頂板，其中工作面兩端頭分別安設(shè)型號(hào)為ZFG6500/18/30端頭液壓支架共6組（端頭、端尾各3組），型號(hào)為ZF5000/17/28中間架一共布置137組。支架工作阻力可滿足頂板壓力要求。

工作面順槽超前支護(hù)方式采用DW3.5-200/100型單體支柱加4.2 m大板配合4.2 mπ型梁棚聯(lián)合支護(hù)，且支護(hù)距離不少于30 m。若遇頂板異常，視實(shí)際情況確定。端頭排頭架外幫使用邁步抬棚管理頂板，距排頭架外幫0.2～0.5 m，平行巷道方向布置，π型鋼長度為4.2 m，單體柱打設(shè)方式為“一梁三柱”，棚距0.1～0.2 m，單體柱間距分別為（2±0.2）m、（3.5±0.2）m。當(dāng)排頭架（部分或全部）在巷道內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)空間不足無法打設(shè)邁步抬棚的改用點(diǎn)柱。

工作面端頭、尾支架外幫留有約2.0～3.0 m的空檔，端尾支架外幫空檔采用大板控頂。當(dāng)端尾支架外幫空檔超過1.6 m、低于2.0 m時(shí)，采用兩端大板控頂；端尾支架外幫超過2.4 m時(shí)，采用三端大板棚管理。端頭支架外幫空檔采用大板棚管理。

1.3 機(jī)頭（尾）三角區(qū)頂板管理

兩三角區(qū)與工作面平行方向各采用3組ZFG6500/18/30型排頭架進(jìn)行頂板支護(hù)。割煤后要及時(shí)打出伸縮梁、逼幫板護(hù)頂、幫，移架時(shí)嚴(yán)防倒架、垛架。每進(jìn)一個(gè)循環(huán)后在端頭、端尾各聯(lián)一趟1×8 m2金屬網(wǎng)，排頭（尾）三組架各上一塊4 m半圓木形成假頂。頂板破碎煤墻松軟時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況適當(dāng)加長聯(lián)網(wǎng)長度，上大板加強(qiáng)頂板支護(hù)強(qiáng)度。聯(lián)網(wǎng)操作順序：停機(jī)閉鎖前溜→支護(hù)好聯(lián)網(wǎng)空間→掛網(wǎng)→聯(lián)網(wǎng)→吊網(wǎng)，保證采煤機(jī)通行空間。

安全出口要隨時(shí)進(jìn)行清理，確保暢通。轉(zhuǎn)載機(jī)外的列車拖移電纜要每班向超前支護(hù)外拖移，將彎曲段移動(dòng)至超前維護(hù)外5 m，確保人行道凈寬不小于0.8 m，凈高不小于1.8 m，人員進(jìn)出方便。端頭、尾三角區(qū)里幫錨桿卸壓后，要及時(shí)將煤墻逼好，作為禁區(qū)管理，防止人員誤入或片幫煤傷人。

1.4 兩巷老塘垮落管理

皮帶、軌道順槽的頂板破碎區(qū)域需要采用單體液壓支柱和π型梁棚支護(hù)，并要加強(qiáng)對(duì)頂板的維護(hù)工作，維護(hù)時(shí)采用半圓或道木。在進(jìn)行施工時(shí)，需要嚴(yán)格遵守煤礦安全規(guī)程，對(duì)巷道的礦山壓力進(jìn)行觀測(cè)。在礦山壓力出現(xiàn)明顯顯現(xiàn)的區(qū)域進(jìn)行維護(hù)，主要是采用單體液壓支柱進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。與此同時(shí)，在周期性來壓期間，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)頂板的管理，并做好預(yù)報(bào)工作。

皮順巷道排頭1#架尾梁末端往后老塘懸頂長度不超過4 m，軌順巷道排尾1#架尾梁末端往后老塘懸頂長度不超過2 m。為防止老塘不及時(shí)垮落，采取退錨索、退巷道頂部外幫側(cè)3個(gè)錨桿螺絲和外幫上頂角錨桿絲措施，保證老塘隨采隨落。

退錨位置和數(shù)量可視現(xiàn)場(chǎng)頂板壓力和垮落情況適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。老塘懸頂長度超過標(biāo)準(zhǔn)必須停機(jī)進(jìn)行處理。主要處理措施[4]：（1）錨索頭炸開等客觀原因無法正常退錨的，保證人員的安全下進(jìn)行刺松托盤上頂煤，使錨索失效；（2）已退錨的，用絞車?yán)搸нM(jìn)行放頂，人員要站在安全區(qū)域進(jìn)行作業(yè)。如果采空區(qū)頂板不能及時(shí)垮落，要采用編織袋裝煤進(jìn)行充填，充填時(shí)不得砌墻，要實(shí)心充填。老塘中不得遺留任何鐵器、雜物。回采過程中，根據(jù)頂板垮落情況，適當(dāng)調(diào)整退錨索、錨桿螺絲數(shù)量，確保既滿足頂板垮落需要，又能保證頂板支護(hù)強(qiáng)度。采取退錨桿螺絲放頂時(shí)，頂角錨桿螺絲不受外界影響時(shí)必須退掉。如果采空區(qū)小面積未垮落時(shí)采用填充的方法管理老塘。如果采空區(qū)頂板大面積不能及時(shí)垮落，要停止生產(chǎn)，制定專項(xiàng)放頂措施。

2 特殊情況下頂板管理分析

2.1 松軟帶、破碎帶頂板管理

在距離松軟帶、破碎帶50 m的區(qū)域，需要對(duì)液壓支架的液壓系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查，保證支架能處于正常工作狀態(tài)。與此同時(shí)，還應(yīng)該提前準(zhǔn)備所需要的材料，例如單體液壓支柱、木材以及鐵鍬等工具。檢查煤礦工作面的排水溝是否發(fā)生堵塞，保證工作面的排水順暢。為了保證生產(chǎn)的安全性，在這個(gè)區(qū)域還應(yīng)該降低工作面的采高，改變液壓支架的移架方式。在移架后，應(yīng)該保證支架接頂嚴(yán)實(shí)，保證支架具有足夠的初始支撐力。

在通過工作面頂板破碎區(qū)域時(shí)，需要對(duì)液壓支架進(jìn)行提前升前梁。在支架的支撐力不能滿足要求時(shí)，不再進(jìn)行液壓支架升架操作，要保證液壓支架整體的平直。在出現(xiàn)煤壁片幫時(shí)，需要進(jìn)行提前移架，使液壓支架頂住煤壁，避免出現(xiàn)大規(guī)模片幫。若液壓支架頂住煤壁后仍出現(xiàn)片幫，需要采用單體柱和道木進(jìn)行頂住，以免出現(xiàn)片幫加深的情況。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造區(qū)頂板管理

工作面范圍內(nèi)有JX12、JX14 陷落柱存在，巷道布置時(shí)先用震動(dòng)炮進(jìn)行松動(dòng)，直接掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)；回采時(shí)先用震動(dòng)炮進(jìn)行松動(dòng)，直接采煤機(jī)進(jìn)行回采。

根據(jù)礦方提供的地質(zhì)勘探資料顯示：150503工作面內(nèi)部及周邊范圍內(nèi)發(fā)育的地質(zhì)構(gòu)造有MF14號(hào)斷層、MF25號(hào)斷層、MF39號(hào)斷層、MF41號(hào)斷層、MF42號(hào)斷層和MF43號(hào)斷層。

工作面過斷層期間，現(xiàn)場(chǎng)備足過斷層的物資材料（如金屬網(wǎng)、方木、小料等），在工作面敷設(shè)2路供風(fēng)管路供風(fēng)鉆打眼，在運(yùn)輸巷形成1路壓風(fēng)管路供風(fēng)鎬破矸。工作面現(xiàn)場(chǎng)必須備足大板、小料、金屬網(wǎng)等材料，以備支護(hù)頂板用。

在工作面過斷層期間，應(yīng)該加強(qiáng)施工管理。要檢查液壓支架的液壓系統(tǒng)，以保證能提供穩(wěn)定的初始支撐力，與此同時(shí)，泵站的壓力不低于30 MPa。在工作面運(yùn)行期間，應(yīng)該保證兩巷的支護(hù)狀態(tài)良好，液壓支架不出現(xiàn)咬架、壓架以及欠底等問題[5]，且液壓支架的高度不能超過兩側(cè)護(hù)板的2/3，必須嚴(yán)格控制工作面的控頂距。在控頂距超過340 mm時(shí)，要及時(shí)地對(duì)液壓支架進(jìn)行移架，并要做好液壓支架的接頂工作。若移架之后仍然不能減小控頂距，則應(yīng)該采取其他措施來進(jìn)行護(hù)頂。使用單體支柱支設(shè)好臨時(shí)貼幫柱，拴好防倒繩，柱距0.75 m，初撐力不得低于1800 kN。嚴(yán)禁出現(xiàn)空頂、空幫。

3 預(yù)防架前頂煤（頂板）漏冒、煤壁片幫措施

為了保證回采的安全性，液壓支架的初始支撐力應(yīng)該不低于規(guī)定值的80%。若支撐力不能滿足要求，應(yīng)該查明液壓支架的工作狀態(tài)情況，如發(fā)現(xiàn)問題，則應(yīng)該立即上報(bào)主管領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行解決。與此同時(shí)，液壓支架必須要接頂良好，并做好對(duì)煤壁的護(hù)幫工作。

通常情況下，破碎頂板和假頂要持續(xù)與液壓支架的頂板保持接觸狀態(tài)，并控制最小的控頂距。回采工作面采高均勻，采高滿足2.8 m。支架頂梁與頂板平行支設(shè)，最大仰俯角不大于7°，貼頂嚴(yán)密。根據(jù)工作面現(xiàn)場(chǎng)情況及以往工作面回采管理經(jīng)驗(yàn)，150503工作面確定的最大梁端距不大于340 mm，可保證架前頂煤及煤墻支護(hù)安全有效，則工作面最大控頂距5250 mm及最小控頂距4450 mm。由于工作面沿煤層走向布置，且煤層屬于近水平煤層，所以無須采取支架防倒、采煤機(jī)防滑措施。

4 應(yīng)用效果分析

景福煤礦的150503放頂煤工作在采取安全管理措施之前，冒頂發(fā)生的次數(shù)每個(gè)月在10次左右，而在采取一系列的頂板安全管理技術(shù)措施后，冒頂發(fā)生的次數(shù)每個(gè)月僅僅只有2次左右，下降了80%。由此可見，采用的安全技術(shù)措施有效。