煤矿回采工作面矿压和顶板管理研究

吴旭

摘要：中国煤矿大多数是在地下开采，由于煤矿地质条件具有不确定性，安全事故时有发生。经过有关数据统计，煤矿顶板事故发生次数占据整个煤矿安全事故的2/3以上，严重影响了煤矿的安全高效开采。为此，需要采取措施防治采煤工作面顶板事故，保障煤矿的安全开采。采煤工作面顶板事故发生的原因具有多样性，为此，需要针对具体的情形采取对应的防治措施。

关键词：煤矿回采工作面；矿压；顶板管理

前言

我国井工煤矿在采掘接续及工作面布局设计时，常会受各类地质或生产因素的影响，出现各种不规则的工作面形状，如“刀把”型工作面。“刀把”型工作面在常规推采时与正常工作面无异，难点在于缩面期间的回采工艺及顶板支护，主要是因为缩面期间需要回撤部分液压支架及刮板输送机溜槽等设备，工艺较为复杂，更主要的原因是缩面区域的顶板条件复杂、断面大、暴露时间长，且更容易产生应力集中，回撤支架后存在较大的冲击风险，顶板控制难度大。

1缩面期间顶板控制方案设计及应用

1.1加强矿压观测及应力监测

矿压观测是掌握工作面来压特征并实施主动应对的最有效手段，设计从回撤前50m至回撤后推进30m范围内实施特殊的矿压观测方案，矿压观测范围包括工作面、回撤通道及两巷超前段，在以上位置设置连续观测站，工作面测站为每5台支架一处，回撤通道及巷道每10m一处，实施液压信息、应力值及表面位移观测。观测结果表明：工作面与回撤通道贯通前来压特征比较平稳，平均来压周期保持在18.5m，平均来压距离为10m；自工作面揭露回撤通道开始，至液压支架回撤结束，工作面压力水平明显升高，液压支架表显压力平均为28.8MPa，增幅为1.7倍，但来压周期不明显；回撤通道整体变形迅速，超前实施单体液压支柱补强支护；贯通区域顶板破碎，下沉量迅速积累，巷道交叉处断面收缩明显，压力显现程度高。

1.2优化缩面工艺，强化端面支护

一是优化缩面工艺，提前做足准备，包括清点回撤的液压支架数量、刮板输送机节数、准备足够的回撤工具，并在安全技术措施中明确回撤工艺、操作流程、安全要求等，并做好回撤通道及巷道超前段的补强支护，缩短回撤时间即顶板暴露时间，严格落实好临时支护等各项安全技术措施；二是严格按照标准实施顶板管理：端面距应控制不超过0.5m，贯通区域及时进行架前接顶支护；回撤通道内后部由液压支架支护，前部实施支架及单体支柱架设金属钢梁、打设贴帮柱、顶板挂网等支护措施；液压支架表显初撑力不低于26MPa，压力值超过38MPa即开启泄压阀，合理让压避免支架损坏；顶梁台阶及支架间距不超过0.1m，支架顶梁俯仰角绝对值不大于5°。加强液压支架的位态管理及操作管理，确保初撑力一次达标，使用带压擦顶移架，避免频繁操作支架；当出现端面煤岩体漏冒时应及时接顶、护帮处理，避免事故扩大。

1.3加强液压支架故障诊断及检修

由于回撤支架后工作面可能遭受动压冲击，因此，回撤前需要对全工作面液压支架进行彻底检修，尤其是保留下的液压支架更要做好该项工作。根据现场支架的故障诊断数据统计，除机械损坏易于发现并维修外，影响较大的是液压泄漏故障，经过液压支架一轮排查，110台液压支架中存在泄漏故障的共计34台、58处，其中内泄漏故障占到泄漏故障总数的84%，且比较隐秘，不易发现，如果处置不及时，就会影响支架的支护效能。同时，泄漏故障主要分布在立柱进回液管、单向阀处、各类连接件处，尤其在立柱上下腔接口处的泄漏故障更为高发，导致支架立柱发挥不出应有的工作阻力。排查后，矿方对全部液压支架展开维修，各类故障尤其泄漏故障得到维修，各损坏的构件得到更换。

2采掘工作面顶板管理问题的处理方法

2.1加强局部厚煤层顶板安全管理

厚煤层占据煤矿储量的绝大部分，在进行煤矿开采的过程中，需要加强对局部厚煤层顶板的支护。随着对煤炭需求量的增加，煤矿的掘进深度不断加大，从而导致煤层之间的压力增大，严重时会发生断层现象，而煤岩的分离会降低煤层的承载力，进一步影响顶板的稳定性。因此，在掘进的过程中需要增强煤层的支撑能力，增强对局部厚煤层的支护作用，从而有利于减少冒顶事故的发生。加固主要是对煤层进行回采支护，具体包括以下两种方法：a)构造带两侧支护方法。这种方法不仅具有良好的稳定性，还具有较广的控制范围，便于施工人员实际操作，更有利于完善支架构造，提升煤层的稳定性。b)木垛支护方法。相较于第一种方法，该方法具有更大的支护面积，便于工作人员进行操作，不易受到高度及外部因素的影响[5-6]。在采掘过程中，如果要提升开采高度，则可以采用这种方法增强稳定性，减少支柱位移。在采掘中需要结合实际情况选择合适的支护方法，重视并做好顶板和煤层位置的超前加固。

2.2加强工作面稳定煤层的顶板安全管理

在煤矿采掘中，所有操作都要符合国家标准和行业标准要求，尤其要加强工作面稳定煤层的顶板安全防护工作。在实际操作中，需要关注支护的支架类型，支架的选择需要满足实际要求，保证顶底板结合的有效性、结实性和安全性，防止因支护不牢靠而导致坍塌。在炮采作业中，需要提前做好充分准备，按照要求对作业位置周围10～20m范围进行检查[6]，以保障操作安全进行，如遇支护质量问题，则及时与相关工作人员进行沟通并解决。爆破结束后立刻进行支护，避免空顶作业带来风险。整个过程中需要经验较为丰富的施工人员进行操作，确保生产工作顺利推进。

2.3加强采掘工作面巷道顶板管理

采掘对巷道管理具有关键作用，需要运用高新技术对巷道进行支护，例如大跨度的锚索支护和叠加支护，此类支护技术主要用于大型设备和工作面的回撤工作中，为回撤和安装打好基础，以弥补锚杆支护的不足。根据巷道顶板位置的特殊性，可推广光爆锚杆支护技术，该技术适用于巷道掘进的施工阶段。与此同时，需要根据巷道岩层的软硬程度决定锚杆的长度，如果顶板为软岩，在距离掘进头30m处会有0.8m左右的岩石松动，遇到类似泥页岩时，提前预留1.6m左右的松动范围；如果是硬岩，自身较稳定，在支护和安装中不需要松动。无论是软岩，还是硬岩，都需要确保锚杆的锚固力在20～50kN范围内，从而保障应用效果。

结束语

预防采煤工作面的顶板事故对于煤矿安全开采具有十分重要的意义。工作面顶板事故的危害主要有造成人员伤亡、影响开采的效率以及造成设备损坏。顶板事故发生的原因主要有顶板破碎严重、支护不当、安全检查不到位和液压支架移架不当等。可以采用的防治措施有加强工作面地质勘探、实时调整支护参数、合理地控制移架速度和做好采空区顶板管理。希望此次研究可以为顶板事故的防治提供一些参考。

参考文献：

［1］于庆海，黄向永.煤矿采煤工作面顶板事故原因及其防治对策分析［J］.内蒙古煤炭经济，2021(22)：29-31.

［2］石宏宇.浅析煤矿采煤工作面顶板事故原因及其防治措施研究［J］.矿业装备，2021(4)：200-201