煤礦回采工作面礦壓與頂板管理探析

摘 要：我國是資源大國，煤炭是主要的資源來源，煤炭開采的安全管理十分重要。在煤炭開采過程中，礦壓是重中之重。礦壓不穩會帶來不良影響，輕則影響作業進度，重則產生安全事故，造成垮塌。由此可見，礦區的回采工作面礦壓與頂板管理十分重要。文章主要針對礦壓的危害進行概括，分析了回采工作面頂板的種類及其存在的問題，提出了解決的方法，以期為煤炭開采中礦壓問題提供參考。

關鍵詞：煤炭開采；回采工作面；礦壓管理；頂板管理

1 礦山壓力及其可造成的危害

原巖應力是產生礦山壓力的主要因素，原巖應力是在自身自重的情況下內部產生的引力。在礦區的地下巖體尚未開采之前，原巖應力一直處于穩定狀態，當煤炭開采人員進行煤炭開采時，建立回采工作面、頂板、挖掘煤礦、運輸煤礦等會破壞巖層的內部原巖應力的平衡，在這種狀態下，巖體內部的原巖應力會重新排布，直到其再次平衡。在此期間，原巖應力會破壞周圍的煤層和巖體，給煤炭開采工作帶來危險和難度。在原巖應力重新排布后會形成新的應力場，這種新的應力場與煤炭開采之前完全不同。這種因煤炭開采活動而產生的巖層內部應力的變化，及與煤炭開采支護工具互相作用而引起的力，被稱為礦山壓力。礦山壓力一直是煤炭開采與回采的難題，礦山壓力不穩易造成煤炭開采與回采工作面的倒塌，易發生安全事故，造成人員傷亡。

2 回采工作面頂板的分類

頂板是回采工作面的重要組成部分，頂板巖層、煤層的位置以及煤層的特點對頂板的設置有著十分重要的作用，根據這些方面頂板巖層基本上可以劃分為三種：（1）偽頂。偽頂處于回采工作面頂板巖層的最下方，煤層的上方，是最容易垮落的部分，因為偽頂大部分由炭質頁巖組成，厚度不夠。在落煤情況發生時，經常隨煤塊一同掉落，極易發生安全事故，造成人員傷亡。（2）直接頂。直接頂的主要組成部分有三種：分別是頁巖、泥質頁巖、砂質頁巖，一般情況下，直接頂位于偽頂上方或者煤層上方的一層或數層的巖層中，會隨著回采工作面支架的拆解而垮落。只有極少數情況，不會垮落。（3）老頂。老頂是回采工作面頂板巖層中比較堅硬的巖層，因其由硬度較大的砂巖、砂礫巖等組成，且位于直接頂的上方，上部存在較大的懸露部分，通常不會隨著直接頂的垮落而掉落。但是也存在特殊情況，老頂可能位于煤層上部，但這種情況極其少見。

還有另外一種回采工作面頂板的分類方式，其劃分依據是頂板的管理角度，基本上可劃分為以下五種：（1）松軟頂板。其特點是易垮落。因其巖層中的組成部分是極易垮落的巖體，回柱之后頂板就會垮落。（2）中等垮落的頂板。以管理角度劃分的頂板分類中，直接頂屬于中等垮落的頂板。根據其巖層的松軟程度可以推斷出其厚度一般不會超過煤層厚度的四倍，所以，中等垮落的頂板也會隨著回柱的拆解而垮落。但由于垮落的厚度比較小，無法填滿采空區。（3）不容易垮落的堅硬頂板。此類頂板一般存在于煤層之上，質地堅硬，很少隨著回柱的拆解而垮落。（4）極難垮落的堅硬頂板。此類頂板上方會存在較大的懸露面積，從幾平方米到幾萬平方米不等，而且不易垮落。因其煤層上面覆蓋著足夠厚度的堅硬巖層。（5）塑性彎曲的頂板。

3 回采工作面頂板控制中存在的問題

煤礦安全生產問題是現階段煤礦企業十分重視的問題，頂板管理是保障煤礦生產安全的重要指標。回采工作面的礦壓問題與頂板管理一直是煤炭行業技術人員持續關注與探索的課題。目前，我國煤炭行業回采工作面頂板管理中存在的問題主要有以下四個方面：

3.1 頂板管理工作不到位

目前，我國大部分煤礦的巷道和回采工作面支護采用的是木架支護方式，成本少，強度低，不符合國家制定的相關標準，不能滿足煤炭開采的要求，而且開采面回采工藝比較單一，頂板的管理不到位，管理模式漏洞百出，在礦壓不穩的情況下，簡單的頂板設置不能滿足開采需求，造成垮落、塌陷等安全事故頻發。

3.2 支護的穩定性問題較為突出

支架的穩定性是影響頂板安全的重要因素，在支架建設過程中，如果不能保證支架的穩定性，或者支護設置不合理，在遇到復合型頂板或頂板裂縫時，支架就會與頂板巖層發生摩擦，輕則，導致巖層移動，影響支架的穩定性。重則，將支架推到，發生安全事故。另一方面，有些礦區還存在局部冒頂等其他因素，都會對支架的穩定性造成影響。

3.3 懸頂面積過大造成推垮型安全事故

礦區回采面的支柱或支架的平衡問題與頂板頂部巖層懸頂面積過大而產生的安全問題息息相關。推垮型煤層倒塌安全事故就是在這種情況下發生的。其產生的具體原因是：（1）礦區的液壓泵壓力不足不能給支柱和支架提供足夠的壓力維持平衡性，不能支撐巖層上方的巖石重量。（2）支架和支柱的架設沒能直接將老頂與直接頂分離，初撐力不夠。（3）在巖層下沉的情況下，支架和支柱的收縮性無法適應。（4）沒有足夠的支柱，在巖層上方巖石垮落時不能完全平衡和支撐。

3.4 支柱有效的工作阻力沒有保障

支柱的有效工作阻力受多方面影響，例如，偽頂的存在等。支柱的設計對支柱的有效工作阻力有著十分重要的影響，合理的支柱設計能夠保證頂底板有足夠的抗壓能力，即使在礦壓的作用下，支柱的總剛度也能保證開采需求。而我國大部分煤礦開采作業面都沒有合理的支柱設計，不能保證支柱的有效工作阻力。

影響回采工作面頂板安全的因素除了以上四點之外，還存在礦壓觀測工作開展的不到位、管理工作人員不認真對待頂板管理工作等等問題。

4 回采工作面礦壓及頂板控制管理策略

4.1 類拱式頂板的控制

類拱式頂板的控制重點在于平衡煤炭開采區工作空間和開采區上方懸頂空間，確保支護及支柱的強度足夠，保證支與護的平衡。另外，可以采用塑料網護頂來保持直接頂的完整性。

4.2 拱梁式頂板控制

煤炭開采回采面中支護的作用是不可忽視的，支護當中的“支”是起到平衡回采面懸頂空間，支撐煤層頂部巖石重量，減少老頂與煤層之間或老頂與直接頂之間的距離的作用。所以支是拱梁式結構頂板控制中最主要的原則。

4.3 整體垮塌式頂板的控制

整體垮塌式頂版控制的主要原則同樣是“支”。和拱梁式頂板控制不同之處在于必須采用強放頂弱化頂板作為前提。整體垮塌式頂板具有周期性不明顯的特點，在煤炭開采時要注意回采工作面方向與裂隙方向的夾角，當該夾角在12度以上時，支柱與支柱的強度就足以平衡煤炭開采區的礦，可以有效避免形成整體垮塌式頂板。當該夾角趨于0度，回采工作面與裂隙處于平行狀態時，會直接破壞頂板，形成垮塌式頂板結構，尤其是在直接頂比較薄的區域。

5 結束語

煤炭安全生產工作是煤炭開采工作中的重點，做好煤炭回采工作面礦壓與頂版的管理能夠為煤炭開采安全生產工作提供有效保障。我國雖是資源大國，煤炭產量居世界第三，但是許多煤礦已進入深度開采階段。在煤炭的深度開采中，回采工作面的正常開采和頂板控制十分困難，稍有疏忽，就會釀成悲劇。在文章中，作者就結合自身多年的實際工作經驗，分析了礦山壓力產生的原因及可造成的巨大危害，運用兩種分類方式闡述了回采工作面頂版的分類，解析了回采工作面頂板控制中存在的問題并針對四個不同回采面的控制方法上提出了解決問題的方法。希望文章有助于提高回采工作面礦壓與頂板管理的水平，為進一步提高我國煤炭開采安全生產提供參考。

參考文獻

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