淺談采煤工作面頂板壓力處理

摘要：所謂煤礦動壓，是指在開采煤炭的過程中，巖體或煤層在高應力狀態(tài)下就會積聚大量的彈性能量，這些能量會在一個合適的條件下造成煤層或巖體的突發(fā)性破壞，主要表現(xiàn)為巨大的氣浪、聲響以及震動等動力效應。突發(fā)性作為煤礦動壓最典型的特征，如果恰巧發(fā)生在煤炭開采的過程中就會導致嚴重的礦難，因此，煤礦動壓嚴重的威脅著煤炭的安全開采。采煤工作面頂板壓力作為煤礦動壓的具體形式，筆者在本文對采煤工作面頂板壓力現(xiàn)象和壓力處理問題做了重點分析。

關鍵詞：采煤工作面 頂板 壓力處理

1 采煤工作面頂板壓力現(xiàn)象

采煤工作面的頂板壓力在煤炭開采的過程中主要包括兩種類型，即動壓力現(xiàn)象和靜壓力現(xiàn)象。相對于靜壓力現(xiàn)象而言，由于動壓力現(xiàn)象的危害性更大，因此，筆者在本文重點對動壓力現(xiàn)象進行了相關分析。動壓力現(xiàn)象根據(jù)產(chǎn)生原因、作用激勵以及表現(xiàn)形式的不同可以分為頂板大面積來壓現(xiàn)象、沖擊礦壓現(xiàn)象和瓦斯（煤炭）大量涌出現(xiàn)象三種。其具體表現(xiàn)為：

第一，頂板大面積來壓現(xiàn)象。當采空堅硬頂板下部煤層的面積過大時，在重力作用下，堅硬的頂板就會發(fā)生彎曲現(xiàn)象，一旦彎曲應力超過堅硬頂板的承受范圍就會出現(xiàn)裂縫。此時，如果沒有采取有效措施對裂縫加以控制，那么裂縫就會持續(xù)擴大，當裂縫貫穿于整個煤層或巖層時，堅硬的頂板就會出現(xiàn)大面積垮塌現(xiàn)象。由于垮塌會產(chǎn)生巨大的沖擊力，從而造成采空區(qū)的空氣急劇提升而形成暴風。此外，釋放的彈性能量也會產(chǎn)生巨大的巖體破壞力和聲響。

第二，沖擊礦壓現(xiàn)象。我們知道，巖體或煤層除了處于高應力狀態(tài)外，內部還承受了巨大的彈性能量，但是由于巖體或媒體的內力和外力處于平衡狀態(tài)，因此，巖體或煤層沒有被彈性能量破壞。如果有較大的外力侵入極限平衡狀態(tài)的巖體或煤層時就會打破這種平衡狀態(tài)，因此，巖體或煤層在開采的過程中可能會由于瞬間破壞而釋放出巨大的彈性能量，同時以沖擊波或聲響的方式表現(xiàn)出來。此外，大量的巖塊或煤塊會伴隨著沖擊礦壓現(xiàn)象的發(fā)生而拋出。

第三，瓦斯（煤炭）大量涌出現(xiàn)象。由于某些區(qū)域積聚了大量的瓦斯且處于高壓狀態(tài)，在開采煤炭的過程中，當接近高應力瓦斯區(qū)域的時候，一旦內部膨脹力大于承壓瓦斯的外部阻力，瓦斯就會攜帶大量的煤炭從該區(qū)域瞬間涌出。

以上三種動壓力現(xiàn)象雖然具有不同的表現(xiàn)形式，但是，終究都是由于能力積聚區(qū)的力學平衡受到煤炭開采作業(yè)的破壞而產(chǎn)生的。

2 采煤工作面頂板壓力處理的措施分析

第一，對采煤工作面頂板壓力值的范圍進行科學準確的觀測。由于在處理采煤工作面頂板壓力問題的時候，前期觀測數(shù)據(jù)能夠為其提供明確的工作方向和有效的數(shù)據(jù)支持，因此，前期觀測工作作為一項基礎工作，必須認真做好。首先，對前期觀測的各項要求進行認真的準備。為了保證觀測項目能夠收集到具有典型性和代表性的信息，必須根據(jù)煤礦的地址特征和地理位置對頂板壓力的觀測點予以明確；只有讓觀測人員明確此次觀測工作采取的手段、目的和觀測的重要意義才能夠更好的增強觀測人員的責任心，因此，在觀測之前進行動員工作是十分有必要的。此外，為了讓觀測人員熟悉工作流程以及充分掌握設備的操作要領，在進行觀測之前還可以對觀測人員進行必要的培訓；為了確保設備能夠正常工作，除了對所需設備進行清點外，還要檢查設備的完好性。其次，充分肯定和重視觀測資料的收集和整理工作。對于相關人員而言，通過觀測資料和數(shù)據(jù)能夠全面科學的了解采煤工作面頂板壓力的最新狀態(tài)，因此，在觀測的過程中不僅要對觀測資料的完整性和真實性予以高度重視，還要嚴格按照相關要求對資料進行收集整理。此外，為了切實保證采煤工作面的順利進行以及安全生產(chǎn)，每天還要及時匯總分析當天完成的資料，一旦發(fā)現(xiàn)問題要及時處理。

第二，做好頂板來壓預報工作。首先，在預報頂板來壓時可以利用頂板下沉速度的變化特點進行。對于沒有工序的工作面，當頂板的下沉速度達到一定數(shù)值時就會預報頂板來壓，這是因為頂板來壓時的下沉速度相比平時會大數(shù)倍或十幾倍。但是利用此方法預報頂板來壓需要隨時觀測頂板的下沉速度。其次，利用工作面前方頂板的反彈對頂板來壓進行預報。為了對頂板下沉速度進行隨時觀測，將頂板的下沉觀測點設置在回采工作面的下順槽或中間平巷內距離工作面一定距離的地方，巷道的頂板在老頂板發(fā)生斷裂的時候會出現(xiàn)較小幅度的上升。但是，工作面頂板在巷道出現(xiàn)反彈后的一定時間內必然出現(xiàn)來壓現(xiàn)象。再次，利用回采工作面的頂板下沉量預報頂板來壓。這是因為頂板來壓時，工作面的頂板下沉量要比平時大很多。最后，將回采工作面的礦山壓力顯現(xiàn)作為預報頂板來壓的參考指標。如：頂板的破碎度變化、支架受力大小、采煤機割煤時煤塵大小、煤壁片幫程度以及頂板斷裂的響聲等。

第三，做好瓦斯抽放工作。瓦斯抽放作為治理瓦斯的基礎工作，為了對煤和瓦斯突出的動壓現(xiàn)象進行有效控制以確保煤礦的安全生產(chǎn)，必須從根本上降低瓦斯的體積分數(shù)。因此，在進行瓦斯抽放工作的時候必須要嚴格遵守國家規(guī)定的“先抽后采，抽采結合，抽采達標”的原則。

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作者簡介：郭文生（1978-），男，山西長治人，采煤副總工，注冊安全工程師，研究方向：煤礦頂板管理技術。