回采工作面特殊地段頂板管理方法探索

蘇才

摘要：煤礦開(kāi)采工作中安全是第一位的，因此有必要對(duì)常見(jiàn)事故的詳情加以了解。在回采工作面的特殊地段，頂板事故經(jīng)常發(fā)生，為安全著想必須對(duì)該地段的頂板加強(qiáng)管理。文章結(jié)合回采工作面特殊地段的特征性質(zhì)，對(duì)其頂板變形現(xiàn)象進(jìn)行了分析，并提出了有效的頂板管理措施，使煤礦的安全工作得以加強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：回采工作面；特殊地段；頂板管理；頂板變形；煤礦開(kāi)采

中圖分類號(hào)：TD327 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）30-0146-02

近年來(lái)煤礦開(kāi)采工程中安全事故頻發(fā)，其中有相當(dāng)一部分是回采面的特殊地段發(fā)生的冒頂事故，不僅對(duì)煤礦開(kāi)采的工作帶來(lái)不利，更嚴(yán)重威脅到煤礦工人的人身安全。因此對(duì)回采工作面的特殊地段進(jìn)行技術(shù)分析，研究其頂板變形情況和解決措施刻不容緩。

1 回采工作面特殊地段概論

煤礦回采工作面的特殊地段中易發(fā)生頂板事故的有六種，均為地質(zhì)結(jié)構(gòu)特殊或者有工程問(wèn)題的地段。

1.1 構(gòu)造復(fù)雜

有些地質(zhì)地段的構(gòu)造相當(dāng)復(fù)雜，例如斷層、褶曲之類，由于其自身的地質(zhì)條件就不夠穩(wěn)定，因此一旦受到外力作用，其工作面就很容易垮落而發(fā)生頂板事故。

1.2 頂板不穩(wěn)

有些地段中存在著層理與裂隙，因此其巖組間粘著力相對(duì)薄弱，削弱了頂板的穩(wěn)定性，最終導(dǎo)致這些地段因頂板不穩(wěn)而容易發(fā)生頂板事故。

1.3 回采面煤幫

這類地段受煤礦開(kāi)采行為的影響較大，因此其煤幫會(huì)變得較為松散，再加上煤層本身易于開(kāi)裂，只要受到過(guò)大的外界沖擊就極可能造成頂板事故。

1.4 傾斜角較大

有些地段的煤層具有很大的傾斜角度，致使立槽煤在這些地段中很容易出現(xiàn)。立槽煤的穩(wěn)定性很差，只要受到些許振動(dòng)就會(huì)以極快的速度坍塌，誘發(fā)頂板事故。

1.5 工作面支護(hù)失效

該類型地段的問(wèn)題主要由工程施工引發(fā)。工程人員因設(shè)計(jì)失當(dāng)，所設(shè)計(jì)支護(hù)不能滿足工程需求，與實(shí)際情況脫節(jié)，設(shè)置于工作面的支護(hù)無(wú)法提供相應(yīng)的支撐力，使得支護(hù)失去效用，有些工程甚至干脆不設(shè)置支護(hù)，最終導(dǎo)致頂板事故的發(fā)生。

1.6 安全出口

作為安全生產(chǎn)重要地段的安全出口恰恰也是頂板事故的高發(fā)地段。該地段實(shí)際上包括了以上多種類型地段的問(wèn)題，其既容易被煤炭開(kāi)采所影響，又具有較為松散的煤幫，兼之支護(hù)設(shè)置的問(wèn)題往往出現(xiàn)在這里，因此頂板、底板均極易開(kāi)裂，導(dǎo)致頂板事故發(fā)生。

2 回采工作面特殊地段頂板變形情況

進(jìn)行回采工作時(shí)，煤層的頂板會(huì)因?yàn)榈V山的壓力而產(chǎn)生不同程度的變形，具體體現(xiàn)為頂板會(huì)沿自身的節(jié)理錯(cuò)動(dòng)而出現(xiàn)裂縫，進(jìn)一步還會(huì)出現(xiàn)離層、斷層、垮落、片幫、冒頂?shù)痊F(xiàn)象。

3 回采工作面特殊地段頂板變形原因

從近些年的實(shí)際事故案例可知，回采工作面的冒頂?shù)攸c(diǎn)主要有二，分別是地質(zhì)變化的混合支護(hù)帶與工作面的上下出口。

3.1 地質(zhì)變化混合支護(hù)帶頂板變形原因

該地段的冒頂事故都是當(dāng)頂板來(lái)壓的時(shí)候支撐力不均衡而發(fā)生的。頂板變形的原因有三：其一是所用支護(hù)的材料與形式都不一致，頂板來(lái)壓時(shí)不同的支護(hù)無(wú)法均勻受壓，導(dǎo)致支柱與頂板變形甚者脫落；其二是位于地質(zhì)變化帶的頂板不完整，結(jié)構(gòu)較為破碎，又沒(méi)有按相應(yīng)情況采用特殊的支護(hù)形式；其三是在放頂時(shí)所使用的順序失當(dāng)，將原本應(yīng)自下而上的分段擅自改為從上到下進(jìn)行，雖然施工上方便了，卻會(huì)造成安全隱患，或者分段放頂時(shí)位置不當(dāng)，令支柱壓力集中在分段的接茬處。

3.2 上下出口頂板變形原因

上下出口處頂板變形進(jìn)而發(fā)生冒頂有兩種原因：其一是采煤法為長(zhǎng)壁后退式，此時(shí)需要在回采作業(yè)前先挖掘出回采工作面上用于運(yùn)輸和回風(fēng)的巷道，這使得巷道的頂板長(zhǎng)時(shí)間暴露于外，兼之回采工作時(shí)采掘壓力與采場(chǎng)支撐力都會(huì)影響頂板，所以極易產(chǎn)生冒頂；其二是上下出口位于采空區(qū)與巷道的交叉處，因此支架需要隨工作面推移而反復(fù)支起和拆除，在這些支拆過(guò)程中，新支架未必能迅速承擔(dān)起舊有支架所承受的壓力。

從以上兩類事故的主要原因可以知道，回采工作面特殊地段的頂板變形與冒頂事故具備一定的規(guī)律，對(duì)這些規(guī)律加以總結(jié)和研究可以有效規(guī)避事故風(fēng)險(xiǎn)。另外，冒頂事故也不是突然發(fā)生，在發(fā)生前會(huì)出現(xiàn)一些明顯預(yù)兆，通過(guò)留意和監(jiān)測(cè)這些預(yù)兆可以對(duì)冒頂事故有效加以預(yù)防。

4 回采工作面特殊地段頂板管理方法

為了應(yīng)對(duì)以上的種種頂板事故，對(duì)頂板的管理工作務(wù)必要加強(qiáng)，與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，深入了解礦山壓力與頂板受力的變化規(guī)律，考慮回采工作面的地質(zhì)條件、頂板巖性、冒頂預(yù)兆、支護(hù)形式等多重因素，制定最合理的管理預(yù)防措施，并根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)進(jìn)行修改和補(bǔ)充。其具體管理方法如下：

4.1 選擇支護(hù)形式

應(yīng)對(duì)回采工作面的特殊地段的地質(zhì)條件進(jìn)行具體分析，包括頂板和底板的巖性、煤層的厚度、地段傾斜角、開(kāi)采層位等，根據(jù)這些具體條件確定支護(hù)的形式與密度、循環(huán)進(jìn)度、放頂步距、控頂距的最大值和最小值。以木支護(hù)為例，如果頂板堅(jiān)硬且完整，則使用帶帽點(diǎn)柱；如果頂板破碎，有裂隙與工作面相垂直，則要設(shè)置走向棚，工作面的上下頭之類壓力較大之處還要以木垛、叢柱進(jìn)行加固。

4.2 確保支護(hù)質(zhì)量

在支護(hù)材料的選擇上要嚴(yán)格謹(jǐn)慎，選擇盡可能優(yōu)質(zhì)的材料，同時(shí)對(duì)支護(hù)的密度和堅(jiān)固性加以確保。另外，如果支柱發(fā)生崩倒或折斷需要及時(shí)予以更換，柱窩的深度要達(dá)到150毫米以上，具體數(shù)值則應(yīng)由底板的巖性來(lái)決定。

當(dāng)回采工作面的地段存在斷層、褶曲、頂板錯(cuò)動(dòng)等特殊地質(zhì)構(gòu)造或者需要通過(guò)舊巷道時(shí)，要按具體的情況采取確保支護(hù)質(zhì)量的相應(yīng)措施。如果工作面需要通過(guò)斷層，則斷層側(cè)要以木垛加固；如果工作面需要通過(guò)舊巷，則在靠近舊巷之前就應(yīng)對(duì)工作面推進(jìn)的方向加以調(diào)整，務(wù)必斜交于舊巷，且在斜交處上下的支護(hù)密度要注意加強(qiáng)。endprint

采煤工作在進(jìn)行落煤時(shí)使用的小炮、震動(dòng)炮會(huì)對(duì)支護(hù)和頂板產(chǎn)生一定的破壞，因此要盡量壓低其破壞程度。具體來(lái)說(shuō)，炮眼的位置需要合理布置，炮眼數(shù)量和裝藥量也不能過(guò)多，否則爆破可能會(huì)崩倒支架，進(jìn)而引發(fā)冒頂事故。如果工作面的頂板已經(jīng)破碎，則一定要將放炮距離縮短一次，如果有必要，可以以人力手鎬進(jìn)行作業(yè)。

4.3 敲幫問(wèn)頂檢查

在有支護(hù)的區(qū)域，以手鎬或鋼釬等工具對(duì)工作面中尚未添加支護(hù)的巖層進(jìn)行敲擊，從發(fā)出的聲音判斷巖體內(nèi)部是否有松動(dòng)、斷裂、離層等現(xiàn)象。這種檢查方法簡(jiǎn)單可靠，可以有效預(yù)防頂板事故。另外為了減少頂板來(lái)壓時(shí)的突然傷害，煤壁上不能留傘檐，否則有可能突然片落。

4.4 觀察來(lái)壓預(yù)兆

使用信號(hào)點(diǎn)柱對(duì)頂板的壓力變化與來(lái)壓預(yù)兆進(jìn)行觀測(cè)，具體方法為工作面上每15～20米的距離設(shè)置一根木點(diǎn)柱，點(diǎn)柱直徑須控制在14毫米以下，且柱子的中部去除1/3柱徑。當(dāng)頂板來(lái)壓，產(chǎn)生壓力變化時(shí)，設(shè)置的點(diǎn)柱會(huì)先行折斷，對(duì)工作人員起警示作用，此時(shí)及時(shí)加強(qiáng)支護(hù)就可以預(yù)防冒頂?shù)陌l(fā)生。

4.5 實(shí)施重點(diǎn)支護(hù)

回采工作面的上下出口是冒頂事故發(fā)生的高發(fā)地段，因此應(yīng)針對(duì)這個(gè)區(qū)域的支護(hù)工作予以重點(diǎn)加強(qiáng)。不只要以一梁三柱的形式進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，而且需要設(shè)置范圍在20米以上的超前抬棚維護(hù)。如果頂板實(shí)際承受的壓力過(guò)大，還要在靠老塘的一側(cè)增設(shè)木垛。

5 結(jié)語(yǔ)

回采工作面的特殊地段因?yàn)楦髯蕴厥獾牡刭|(zhì)條件或工程性質(zhì)而使得其頂板容易變形，最終導(dǎo)致頂板事故，因此在對(duì)這些地段的頂板進(jìn)行管理時(shí)要與實(shí)際的各項(xiàng)因素相結(jié)合，將科學(xué)的管理技術(shù)應(yīng)用到實(shí)踐中去，保證煤礦工程頂板的安全，最終實(shí)現(xiàn)煤礦開(kāi)采的科學(xué)化、安全化、可靠化。

參考文獻(xiàn)

[1] 林永青.淺談如何加強(qiáng)回采工作面頂板的管理[J].閩西職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，（4）.

[2] 于貴良，李前，王元杰.深部急傾斜特厚煤層分層開(kāi)采沖擊地壓防治技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2011，（2）.

[3] 尚彥亭.論回采工作面特殊地段頂板管理方法研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012，（6）.

[4] 李強(qiáng).刀柱下復(fù)采工作面頂板活動(dòng)規(guī)律探索[J].山西煤炭，2007，（4）.

[5] 張效彪.不規(guī)則頂分層破壞區(qū)下礦壓規(guī)律及回采方法研究[D].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2013.endprint