综采工作面设计与顶板安全

杨国彬

摘要：煤炭企业的作业方式存在难度大和复杂性的特点，井下作业中存在着多种多样的安全问题，一旦出现安全事故会对员工和企业带来较大的损失，综采工作面作业的过程中由于煤层、岩石等多方面的因素会导致综采工作面的结构稳定性能差。由于综采工作面布置设计不合理，将会给工作面后期回采造成顶板安全管控困难。本文主要对煤矿综采工作面设计与顶板安全管理进行分析，希望有助于维系煤矿综采工作面的安全有序生产，以期为日后相关工作提供参考。

关键词：综采工作面；设计；顶板；安全

引言

在现阶段我国煤矿生产作业中，确保生产安全是关键前提，要求对各类常见安全风险因素的规避，由此更好降低各类安全事故发生几率。从煤矿综采工作面的生产作业中来看，顶板事故是比较常见的威胁因素之一，伴随着顶板出现下沉、塌落以及断裂等事故，不仅会影响到煤矿综采工作面的正常有序生产，还极有可能造成人员伤亡，要求采取适宜合理的策略进行优化防治。顶板支护就是煤矿综采工作面中不容忽视的关键技术手段，其可以借助于适宜合理的支护方式，规避顶板事故，具备较高研究价值。

1煤矿顶板岩层的分类

煤矿企业在进行工作面采掘时，通过支护技术控制工作面围岩破坏和变形情况的发生，充分了解顶板岩层有利于掘进的顺利进行。通常情况下，根据煤层与顶板岩层的主要位置和特征，可以将顶板岩层分为以下三种。（1）伪顶岩层，属于煤层上方的岩层，比较薄，其厚度一般不超过0.5m，容易受到外部的影响导致落煤时发生坍塌。（2）直接顶岩层，主要成分是泥质和砂质页岩，位于伪顶岩层或者煤层之上，相较于伪顶岩层而言，具有更好的稳定性，通常不会垮落，但会随着工作面作业完成后支架撤回而发生坍塌。（3）老顶岩层，主要由砂砾岩、石灰岩和砂岩组成，位于直接顶岩层上方，其硬度和厚度较大，不易发生垮落现象。除了上述三种类型以外，顶板岩层还可分为坚硬顶板、松软顶板以及中等垮落顶板等。按照类别对顶板岩层进行分类管理，有利于增强顶板管理的安全性。

2煤矿综采工作面设计

2.1工作面宽度与矿压的关系

综采工作面初次来压和周期来压步距与工作面宽度呈负相关关系，工作面越宽，初次来压步距及周期来压步距越小，在工作面宽度达到一定值后，来压变化变小。

2.2按支架阻力确定工作面宽度

根据支架阻力适应顶板冒落高度原则，确定最大工作面宽度。按照普氏压力拱理论，在顶板基岩较厚，风积沙载荷层很薄的情况下，由支架的支护强度优化确定工作面的宽度。

2.3合理选择工作面的布置方式

在工作面布置设计时应明确上覆集中煤柱的分布情况，同时要充分考虑下煤层工作面的开采规划布置，然后优化工作面巷道布置，避免出现工作面整体同步出煤柱的开采情形。合理选择综采工作面遗留集中煤柱的走向布置:优化下煤层综采工作面的推进方向，将综采工作面推进方向与上覆集中煤柱的走向平行或呈一定夹角布置。在综采工作面过本层空巷过程中，由于超前支承压力与空巷围岩应力叠加作用，空巷围岩变形量大，在工作面与空巷贯通期间，易发生冒顶、切顶、甚至压架事故。为此在工作面设计时，首先应尽可能将空巷与工作面推进方向垂直或斜交布置，以减小工作面揭露空巷的面积;其次要合理选择工作面的空巷布置位置，将其布置在上覆基岩厚度变化小、地表地势起伏不大的位置。在综采工作面过下层空巷过程中，受采动支承压力作用，对下层空巷顶板产生一定程度的破坏，导致顶板岩层裂隙发育，若下层煤支护方式选择不当，支护强度偏低，极易发生冒顶事故。为此，需要结合工作面与下层空巷的距离，合理选择空巷补强支护方式与支护参数，以确保空巷支护安全。

3煤矿综采工作面顶板安全管理措施

3.1工作面顶板分析

煤矿综采工作面顶板支护管理需要首先对于支护目标准确掌握，在全面了解工作面顶板具体状况的基础上，设置相匹配的支护结构，确保煤矿综采工作面的安全可靠生产。基于煤矿综采工作面顶板分析工作的开展，勘察工作要求落实到位，能够对于所有区域的顶底板形具备准确认知，了解其岩石类型以及厚度，并且深入分析其岩性特征，以此更好明确其可能对于煤矿综采工作面带来的不利安全威胁，可能出现的各类顶板事故也能够全面掌握，由此明确顶板支护的目标和要求。这也就需要优选适宜合理的勘察分析手段，确保勘察较为便捷全面，且能够具备理想的准确度，以此构建出较为理想的煤矿综采工作面顶板支护前提。

3.2采用先进的采掘机械设备及技术

对于煤矿企业而言，引入先进的机械设备、更新施工技术是必不可少的一部分，合理科学地使用相关设备与技术，有利于提高顶板管理的质量与水平。例如煤矿企业可以引入全金属支柱，不再使用木支护技术，同时在信息时代，引入计算机网络设备和通信设备，确保人员之间可以实时交流和沟通，这样不仅有利于领导的监督和管理，还有利于加强团队合作，找出存在的问题并及时处理。因此，积极地投入资金引入先进的设备和技术，可以有效提高煤矿的经济效益、安全性和质量，也可以更好地完善煤矿的管理体系，促进采掘工作顺利进行。

3.3优化计算分析

煤矿综采工作面顶板支护还应该切实做好计算分析工作，由此确定较为准确适宜的各个参数，进而更好保障后续顶板支护体系的可靠性和实用效果。在计算分析工作开展中，首先应该高度关注矿压的准确计算，要求结合相应勘察结果，准确计算矿压分布状况，以此明确工作面顶板对于支护体系产生的最大压强，将其作为后续顶板支护工作处理的重要参考依据，有效规避可能出现的支护体系不胜任问题。对于顶板支护中所用的液压支架应该具备的支撑强度同样也需要准确校验分析，要求能够重点从液压支架面临的工作阻力、初撑力以及支护强度等多个方面进行准确计算分析，由此确定出相应液压支架设置指标，保障由此构建的顶板支护体系可以表现出更强的应用价值。另外，对于控顶距进行准确计算同样不容忽视，技术人员应该结合实际开采需求以及顶板状况，准确计算最大控顶距以及最小控顶距，避免该方面存在的问题影响后续支护成效。

3.4注重动态监管

煤矿综采工作面顶板支护往往还需要加大动态监管力度，要求实时了解顶板支护体系的应用状况，对于可能出现的异常问题能够做到及时掌握和有效处理，由此更好规避各类事故。因为煤矿综采工作面在生产作业中往往会出现较大的变动，最初构建的顶板支护结构很可能会出现不适应问题，由此产生较为恶劣的危害，要求技术人员能够予以实时关注，在明确动态变化因素后，注重采取相匹配的策略予以优化调整，以此更好提升支护体系的适应性，确保相关事故得以实时防控。当然，现阶段煤矿综采工作面顶板支护中同样也出现了越来越多的新技术和新方法，同样也需要及时更新升级，以此营造更为理想的支护成效。

结束语

在煤矿采掘过程中，顶板管理工作是安全生产中的重点，采取有效的技术措施，可以改善工作面顶板问题，降低采掘过程中的隐患风险，以保障作业人员的人身安全。煤矿企业应建立健全的顶板管理机制，并不断优化，提升采掘工作面顶板管理质量，做好管理工作和监督工作，实现煤矿采掘工作的高效进行，使综合经济效益大幅度提升，以满足国民经济建设和社会发展对煤炭资源的需求。

参考文献

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