關于綜采工作面頂板管理的新方法

摘 要：在采煤工作面向前推進時，由于頂板的狀況不斷變化，特別是綜采工作面因走向跨度較大及煤層賦存的原因，頂板事故頻頻發生，給礦井安全生產造成了十分嚴重的影響，也使頂板管理成為采煤工作面的一項重要工作。而對于綜采工作面頂板的控制，是綜采工作面生產管理的重要內容，要使工作面在正常的良性循環下安全生產，必須加強綜采工作面頂板管理。

關鍵詞：綜采面頂板管理；頂板控制；方法；

中圖分類號：TD32712 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2014）-07-00-01

一、堅硬頂板控制

堅硬頂板控制的重點是：在有目的有控制的條件下采取措施強制放頂。強制放頂的主要技術措施有“爆破法”、“軟化壓裂法”兩種。

（一）爆破法控制頂板

1、超前深孔松動爆破：一般適用于直接頂堅硬但厚度較小，將其垮落下來不足以充滿采空區，而基本頂又為整體性較強、較厚巖層。鉆孔平行工作面布置，有單側和雙側布置兩種形式。單側布置適用于煤層傾角大、長度較小的工作面，鉆孔由下平巷向上鉆進。雙側布置適用于煤層傾角較小、長度較大的工作面。鉆孔超前工作面鉆進，其超前距離以不影響綜采工作面正常生產為原則。根據工作面具體條件，分回采巷道設置鉆場和專門硐室設置鉆場兩種方式。實施爆破是爆破放頂的關鍵，必須根據鉆孔布置情況及基本頂巖層的結構和堅固性，合理確定爆破參數，如裝藥量、裝藥方式、封孔方法與封孔長度等。必須進行專門的爆破設計。實旋爆破，要加強頂板控制，保證生產安全。

2、挑落式深孔爆破：這種方式適用于直接頂堅硬且層厚較大的頂板。放頂步距一般為25～30 m，初次放頂步距可適當減小。鉆孔布置在工作面推進后，在其后方按垂直工作面方向向采空區頂板打深孔，一般工作面兩端頭鉆3排孔，中部鉆2排孔，排間孔呈交錯布置。鉆孔垂深關系到采高碎脹系數等，但原則上要求爆破后碎落的矸石能基本充滿采空空間，一般為5～10 m。鉆孔間距7～8 m，鉆孔排距1.2～1.8 m，鉆孔仰角60°～65°，鉆孔直徑60～70 mm。實施爆破時，必須依頂板巖層的結構組合和鉆孔參數合理確定爆破參數，使崩落巖石的碎脹系數盡量大些。爆破時，先起爆第一排，使第二排在擴大自由面的條件下爆破，兩次爆破后，在頂板上切割一道深槽以利老頂來壓時沿此槽切斷垮落，從而減小來壓強度，保證安全。

3、淺孔式爆破：淺孔式爆破適用于直接頂堅硬、較硬的頂板。放頂步距每日處理一次。鉆孔設備一般巖石電鉆。鉆孔布置在工作面后方按垂直方向向采空區鉆出一排淺孔。鉆孔深度1.8 m左右，鉆孔間距3～4.5 m，鉆孔仰角70°～75°。

放頂方式有三種方式：①一刀齊放頂：鉆孔沿工作面呈一直線布置，放頂時使工作面采空區頂板巖層呈一條直線切斷。②臺階式放頂：第一天分段打工作面前半部鉆孔爆破，第二天打工作面后半部鉆孔爆破（二臺階）；或將工作面分成頭、中、尾三部分，分三天打鉆孔爆破（三臺階）。依實際情況選用。③零星放頂：在生產過程中，對局部出現懸頂較大的地方可采用淺孔爆破處理，進行零星放頂。

二、液壓支架的選型

液壓支架式綜采工作面頂板管理的重要設備。實踐證明，正確選擇液壓支架，可以充分發揮綜采設備的效能。

1、噸位選擇：支架的噸位選擇包括選擇液壓支架的初撐力和工作阻力。

（1）支架工作阻力：目前我國確定液壓支架工作阻力（即噸位）的方法有以下三種：一是巖重法。它是以周期來壓時工作面跨落袋內巖石重量和周期性斷裂巖層所產生的沖擊載荷來確定支架的噸位。二是荷重法。它是根據本地區相近條件的工作面在使用單體支柱時實測的工作阻力來確定液壓支架的噸位。三是實測法。它是根據本地區相近條件工作面試驗液壓支架樣機或使用液壓支架時實測的數值來確定液壓支架噸位的。由于實測的結果可能有大有小，所以確定新選支架的噸位時應適當加以修正。這種方法花費較大，但確定的噸位比較合理。在實際選擇支架噸位時，還應考慮到頂板的下沉量。因為支架的工作阻力是有效地控制頂板下沉的主要參數。當阻力過小時，頂板下沉量就大。當阻力過大時，既不利于頂板管理，又會造成浪費。

（2）支架初撐力：如果工作面支架不能及時有效地支撐住頂板，直接頂板就會彎曲下沉，而與上覆巖層脫離，這就是離層現象。直接頂離層后，本身容易發生變形破壞其上覆巖也要下沉。要想控制這種離層現象，必須使用新暴露的頂板得到及時有效地支撐。所以選擇支架時應保證支架對頂板有足夠的初撐力。

2、高度選擇：液壓支架高度要根據工作面的實際采高及其變化幅度，以及工作面在整個控頂距內的頂板下沉量來確定。在一般情況下，當煤層超過3.5米時應考慮分層開采。如果支架最大高度小于煤層厚度，在煤層粘頂時，就必須在頂板下留煤皮，但增加了煤炭損失；在煤層不粘頂時，不能留煤皮，就需要在支架與頂板之間墊木梁，但這樣既加大了坑木消耗，又增加了開采難度，一般不采用這種方法。除選擇支架最大和最小高度外，在掩護式支架和支撐掩護式支架選擇時，還應考慮到支架的工作高度。

3、結構選擇：支架的架型、噸位和高度是選擇支架的關鍵因素。而為盡可能適應煤層的賦存條件和設備配套要求，還要考慮到支架的一些具體結構。

（1）通風斷面。高瓦斯礦井要考慮支架通風斷面能否通過足夠的風量，若圍巖條件不允許調整架型，會在使用中降低采煤機割煤速度。

（2）底座壓強。選擇支架要使底座壓強小于底板比壓，保證液壓支架在使用中不陷入煤層底板。有的支架底座面積小，在松軟底板環境下使用時一般會出現底座下陷，為改變這種狀況，要在使用時加大底座面積。

（3）防倒防滑。液壓支架具有良好的穩定性，可以保證支架的正常使用。煤層傾角較大、地質構造復雜或沿傾斜采煤的時，要研究支架的傾倒與下滑問題，要選擇有防滑、防倒裝置的液壓支架

（4）防矸護壁。采高較大或節理發育的煤層，煤壁片幫較為嚴重，對人身和設備安全威脅較大。要選擇可避免片幫的護壁裝置的支架，要注意護壁裝置對采煤機的正常割煤有沒有影響。

三、結語

總之，綜采工作面頂板管理的好壞，直接關系到工作面整體質量的好壞，需要合理的選擇液壓支架的選型，回采時正確操作液壓支架，加強工作面巷道支護，從而保證可靠的支護質量，促進礦井安全、健康、持續發展。