淺談采煤工作面頂板分類及控頂原則

高金亮

摘 要：采煤工作面頂板事故的發生與工作面本身的頂板條件具有特別重要的關系，為預防發生各種頂板事故，有必要根據工作面的頂板條件和采高情況對工作面頂板進行分類，按照相應的控頂原則，采取針對性的控頂設計。

關鍵詞：采煤工作面；頂板分類，控頂原則

一、前言

頂底板移近量、臺階下沉量、端面冒高等、這些頂板狀態參數都與采場支護強度有關。實踐表明，支護強度愈大，這些參數的數值就愈小。也就是說，如果要控制頂板處于良好狀態，就要提高支護強度到一定的水平。提高支柱初撐力，增大支護密度，提高支護系統剛度（軟底穿鞋）這三個支護參數，都能夠提高支護強度；因此，為達到控頂目標，在生產過程中，如果出現頂板狀態參數超過規定的標準，就需要調整某一個或某幾個支護狀態參數，從而使工作面頂板處于良好狀態。下面就六類頂板及相應的控頂原則進行具體的闡述，以供同行探討。

二、六類頂板及相應的控頂原則

按頂板條件及所需采用的控頂原則，可以把緩斜、傾斜煤層的頂板分成六類。

第一類：直接頂厚度等于或大于2-3倍采高。

第二類：直接頂厚度大于1倍采高但小于2-3倍采高，直接頂上面是裂隙帶的老頂。

第三類：直接頂厚度大于1倍采高但小于2-3倍采高，直接頂上面是垮落帶的老頂。

第四類：直接頂厚度小于1倍采高，直接頂上面是裂隙帶的老頂。

第五類：直接頂厚度小于1倍采高，直接頂上面是垮落帶的老頂。

第六類：直接頂厚度小于2-3倍采高，直接頂上面是厚層難冒頂板。

針對這六類頂板控頂原則如下：

1、第一類頂板及其控頂原則

第一類頂板冒落帶中沒有老頂，控頂原則用“支”與“切”。

“支”與“切”是按控頂原則把工作空間基本支護與切頂排所增加的切頂支柱分別設計的情況。當冒落帶中無老頂時，可以考慮無密集放頂方式；也就是讓工作空間基本支護的初撐力既平衡工作空間上方冒落帶直接頂巖重，又平衡采空區上方直接頂最大冒落分層巖重。這時，要把采空區上方最大冒落分層的巖重平均分攤到最小控頂距時工作空間上方冒落帶直接頂巖重中去，然后用綜合的冒落帶直接頂巖重計算工作空間基本支護的初撐力、支護密度及排柱距。采用無密集放頂方式時要注意兩點：第一、基本支護沿切頂排每米的工作阻力（可按初撐力考慮）不得小于為切斷采空區上方直接頂所需的初撐力；第二、基本支護的柱距不得小于0.5m；否則就不能采用這種放頂方式。

2、第二類頂板及其控頂原則

第二類頂板直接頂上面是裂隙帶老頂。據生產實踐及理論分析，在這種條件下，老頂已進入裂隙帶，即冒落帶中沒有老頂，控頂原則用“支”、“切”、“讓”。

所謂“支”，是指用采場基本支護的初撐力平衡工作空間上方直接頂巖層的重量。依此可確定基本支護的初撐力，支護密度及排柱距。

所謂“切”，是指用切頂排另增切頂支柱的初撐力平衡采空區上方直接頂最大冒落分層的巖重，從而確定沿切頂排每米所應增加切頂支柱的初撐力及線密度。

和第一類頂板一樣，第二類頂板也可以采用無密集放頂方式。但是，當直接頂相對較薄，需要控制裂隙帶老頂下沉量時，由于需加強切頂排支柱的初撐力以限定老頂下沉，因而還是采用有密集放頂方式為妥。

所謂“讓”，是指支柱的可縮量要適應裂隙帶老頂的下沉。

3、第三類頂板及其控頂原則

第三類頂板直接頂上面是垮落帶老頂。這類是冒落帶中有老頂的頂板，控頂原則用“支”、“切”、“支”、“讓”。

第一個“支”有兩重含義：一是用采場基本支護的初撐力平衡工作空間上方直接頂巖層的重量，從而確定出支柱初撐力，支護密度及排柱距；另一個是用采場基本支護的工作阻力平衡工作空間上方冒落帶巖重，從而確定出支護密度及排柱距。設計時，采場基本支護其支柱的平均工作阻力可按額定工作阻力的60%考慮。當排距一定時，若這兩者確定出的柱距有所不同，設計中應取其小值。

所謂“切”，是指用切頂排另增切頂支柱的初撐力平衡采空區上方直接頂最大冒落分層的巖重，從而確定沿切頂排每米所應增加切頂支柱的初撐力及線密度。

第二個“支”，是指用切頂排另增切頂支柱的工作阻力平衡冒落帶中老頂巖梁及其附加軟巖層重量的一半。設計時，切頂支柱的平均工作阻力可按額定工作阻力的80%考慮，依此可計算出沿切頂排支撐老頂所需另增的切頂支柱的線密度。實踐與理論計算表明：厚1.5m的老頂，巖梁長約6m；厚2.0m的老頂，巖梁長約10m；厚2.5m的老頂，巖梁長約14m。設計時如果缺乏老頂巖梁長度的資料，可參考上述數據。

這里需要說明兩個問題：第一、支撐冒落帶老頂的支柱應支設在切頂排。這是因為老頂往往斷裂在工作面前方煤壁里面，隨工作面推進，老頂斷裂線進入工作空間上方，而支撐老頂斷塊的采場支護排數愈來愈少，直至只有切頂排，最后老頂斷塊進入采空區?？梢?，只有支設在切頂排處的支柱才能對老頂斷塊始終起支撐作用。第二、切頂排處另增的切直接頂的支柱線密度和支老頂的支柱線密度不必疊加，取其大值即可，支柱的初撐力當然應按切直接頂的要求確定。

應當指出，設計第三類頂板支護時，由于要支護老頂，宜采用有密集放頂方式。

所謂“讓”，是指支柱可縮量要適應冒落帶老頂的下沉。這時頂板下沉量可按下面估算：

（3）

式中：SL——距煤壁L處的頂板下沉量，m；

M——煤層采高，m；

L——距煤壁距離，m；

η——下沉系數，0.025～0.05。

（3）式來源于主要應用摩擦式金屬支柱時實測的數據。采場應用單體液壓支柱后，尤其是初撐力較大時，頂板下沉量大為降低。因此，應用單體液壓支柱的工作面，用這個公式估算頂板下沉量時，系數宜取小值。

當冒落帶巖層厚度小于2-3倍采高時，采場支柱還要適應裂隙帶老頂的下沉。這時，頂板下沉量可按公式（2）估算。

估算的由冒落帶老頂導致的頂板下沉量與由裂隙帶老頂導致的頂板下沉量，其數值不會相同，支柱選型時應取其大值。

4、第四、五類頂板及其控頂原則

第四類頂板，直接頂厚度小于1倍采高，上面是裂隙帶老頂。

第五類頂板，直接頂厚度小于1倍采高，上面是垮落帶老頂。

當老頂厚度小于2.5m時，用加強切頂支柱初撐強度的辦法切斷之，把條件轉化為第一、二或三類再處理。為切斷老頂，切頂排另增切頂支柱的初撐力應能平衡極限跨距時老頂巖梁及其附加軟巖層的重量。實踐與理論計算表明：厚1.5m的老頂，極限跨距約3m；厚2.0m的老頂，極限跨距約5m；厚2.5m的老頂，極限跨距約7m。設計時，如果缺乏老頂極限跨距的資料，可參考上述數據。

當老頂厚度大于3m時，因強切有困難，宜用挑頂1倍采高（包括直接頂在內）的辦法，把條件轉化為第一、二或三類再處理。

5、第六類頂板及其控頂原則

第六類頂板，直接頂厚度小于2-3倍采高，上面是厚層難冒頂板。

對付厚層難冒頂板，如果仍用垮落法處理采空區，則必須用鉆眼爆破或高壓注水等方法松動碎裂2-3倍采高頂板（包括直接頂在內）。

如果是超前工作面松動碎裂頂板，則需采用采場基本支護的初撐力平衡工作空間上方2-3倍采高巖重，從而確定支柱初撐力、支護密度及排柱距。此外，在切頂排，視直接頂的有無及頂板松動碎裂程度的大小，每米另增初撐力為100-300kN的切頂支柱。

如果在采空區挑頂，則需用采場基本支護的初撐力平衡工作空間上方直接頂巖重，從而確定支柱初撐力，支護密度及排柱距。此外，在切頂排每米另增初撐力不小于300kN的切頂支柱以擋矸。

三、結語

六類頂板及相應的控頂原則只是一個從煤礦實踐中提煉的一個工作總結，為搞好采煤工作面的頂板控制，還需要科技工作者與煤礦工作者繼續加強這方面的研究，將頂板事故降到最低。

參考文獻：

[1]孫遠平. 采煤工作面頂板安全管理的應用研究[D].山東科技大學，2006.

[2]劉叢喜. 采煤工作面頂板事故分析與預防[J]. 煤炭技術，2009，07：169-170.

[3]馬志虎. 淺談井下采煤工作面頂板事故措施[J]. 科技資訊，2013，15：99+101.