采煤工作面初次放頂的技術管理探究

姜奇

（畢節市工業學校）

采煤工作面初次放頂的技術管理探究

姜奇

（畢節市工業學校）

采煤工作具有較高的危險性，為了保證煤礦生產的安全性，在初次放頂期間，專業人士要實時監控頂板的活動規律，正確計算各項參數的數值。采用科學的統計方法分析礦壓，并在此基礎上對初次放頂狀況進行分類。為了保證煤礦采煤工作面初次放頂技術的有效實施，需要采用各種創新手段。因此，加強初次放頂技術對保障生產的安全性有著極其重要的作用。

初次放頂技術；煤礦采煤；解決措施

引言

在采煤工作面初次放頂作業中，需要按照國家及當地的規范要求做好頂板管理工作，是防止頂板冒落的有效措施。在實際生產作業中，由于未準確采集頂板高度、頂板類型、老頂斷裂等現場參數，導致放頂參數與實際情況不符，在操作過程中極易出現頂板冒落等安全事故，使得初次放頂的回采率達不到80%。為此，本文將基于初次放頂需求，合理設計放頂距離、放頂高度等放頂參數，繼而通過規范有效的技術措施來提高煤炭回采率和井下作業時的安全系數，以期同時滿足經濟效益和安全效益兩方面的需求。

1 頂板在初次放頂期間存在的隱患

在頂板工作面逐漸推進的過程中如果沒有冒落，就是使得懸頂的面積不斷擴大，一旦懸頂的面積達到最大程度時，很容易發生直接頂來壓時突然冒落。具體危害表現在以下幾個方面：①頂、順槽底和兩幫的移動量加大，使斷面的通風狀況不能得到保障。②極易出現工作面片幫、掉頂的狀況。③當發生冒落時，頂板的懸空面積大，冒落時產生的氣流會造成人員傷亡。④支架立柱的下縮量會在短時間內驟增，工作人員很有可能會出現傷亡，同時也會造成相關的其他設備被冒落的頂板損壞。由于采煤面的支架阻力不能與巖梁抗衡，頂板容易發生斷裂，從而導致大面積的工作面被壓垮，甚至會對工作人員構成生命威脅，因此，做好頂板的管理工作是十分必要的。①要實時監測采煤面的初次放頂狀況，通過準確的數據掌握直接頂的斷裂運動規律。②掌握采煤工作面的巖層性質和范圍。③要有專業人員能夠準確地判斷礦壓的顯現狀況。④要建立相關的規章制度和科學組織專業的現場會診活動。

2 采煤工作面初次放頂具體技術管理措施

2.1 初次放頂參數設計

2.1.1 初次放頂距離

有部分頂板材料的質地比較堅硬，在開采之后頂板不會全范圍地冒落，在上方形成懸頂，如果沒有對其進行合理的處理，則會對具體施工帶來較大的安全隱患。面對此種情況，就需要以人工初次放頂的方式對其進行處理。根據一定礦壓觀測以及開采經驗可以了解到，在開采自切眼推進之后，會在頂板處形成一個簡支梁，該梁載荷分布均勻，其支點主要在切眼煤壁以及采面煤壁上，若是因為跨度大使梁所具有的正應力達到了破壞值，就會使頂板因為受到破壞而跨落，而這也稱之為頂板的初次來壓。同時，如果上層頂板下沉量小于下層頂板的下沉量，就可以認為兩者之間不會產生影響，而如果情況相反，那么則說明上層頂板所具有的重量會作用到下層頂板。在這種情況下，則需要在開展正常挑頂工作的同時在推進一定距離之后再強化人工挑頂力度，進行強制放頂。

2.1.2 放頂高度

所謂人工強制放頂，就是通過爆破法強制性地使頂板分離，使之充分冒落形成墊層，然后逐步削弱冒落情況下產生的沖擊荷載以及頂板壓力。一般來講，采空區中矸石充填程度達到采空和放頂高度之和的3/2，就可以達到預期效果。在實際施工中，主要通過下列公式來確定放頂高度：

式中：H代表放頂高度；M代表采高；kp代表直接頂冒落巖石初始碎脹系數。通過相關數據的帶入計算，即能夠獲得合理的打眼深度。

2.2 初次來壓前礦壓觀測

2.2.1 頂板斷裂前煤壁前方支承壓力顯現

隨著切眼工作逐漸開展，頂板懸漏面積不斷增大，當頂板懸漏面積達到一定跨度，就會出現撓曲以及下沉等現象，并因此使作用在煤壁前方的支撐壓力得到了逐漸的提升，且上下巷距離煤壁不同點的頂板下沉速度也會逐漸加快。煤壁前方的頂板一般是最先斷裂，使得支撐壓力迅速向煤壁一側收縮，上下平巷的頂板速度也隨之升高，而隨著頂板來壓的出現，上下巷內兩幫測壓則會逐漸增大，片幫加劇，斷面縮小。

2.2.2 頂板斷裂前采面內礦壓顯現

回采面的相關工作是從工作面的內部開始的，按照15m的間距設置一條測線，以實時觀測初排、末排的礦壓變化情況。一般情況下，初排下沉速度及支承壓力小于末排。若頂板斷裂，支承壓力高峰向煤壁收縮，使得初排快速下沉，預示頂板即將來壓。而后當末排的頂板下沉速度又大于初排時，表明已經出現了頂板來壓現象。與此同時，采面煤壁壓酥，打炮眼極易片幫，支柱阻力增大，支柱鉆底，頂板開裂，裂紋方向與煤壁平行，導致夾溝或臺階下沉，且伴有巷道淋水現象。

2.2.3 頂板斷裂前采空區懸頂狀況

在對頂板煤層進行開采時，冒落頂板巖往往具有著不同的體積以及形狀，而在老頂出現斷裂情況之前，在支撐壓力作用的影響下就會使巖石具有較為規則的特點，煤層如圖1所示。在對老頂巖梁活動規律進行掌握的基礎上，則可以通過對礦壓數據進行觀測的基礎上對不同巖梁的活動情況進行分析，并在找到老頂梁斷裂位置的基礎上對礦壓顯現特征以及規律進行評判，進而更好地實現放頂結果的準確預測。

圖1 煤層柱狀圖

2.3 初次放頂頂板控制

2.3.1 直接頂控制

在初次放頂活動過程中，在面對直接頂時，需要以“限定變形”的準則進行實施，即保證老頂同直接頂之間不會出現范圍較大的離層，并保證在控頂區中對直接頂的完整性做好保證，避免其出現臺階下沉的情況。之所以采取這種操作形式：①避免直接頂在發生破碎情況時由于回柱以及漏冒頂板出現傷人情況；②避免老頂在來壓情況時因為對直接頂產生一種沖擊作用而使其出現切頂跨面的情況。對此，就需要從切眼推進環節就開始嚴格監測初排支柱初撐力，每次放頂回柱前必須對支柱給壓，以提高支柱的支撐能力。為了保障該項工作的效果，則需要在對支柱支設質量以及維修質量進行保障的基礎上保證泵壓壓力始終處于15MPa以上、每班對初排支柱進行二次注液。支柱的支撐能力只有符合設計要求，才可以在“限定狀態”下工作，使直接頂的狀態由支架限力限定，把頂板下沉控制在支柱縮量和頂板允許彎曲值以內，不發生頂板破碎冒頂事故。

2.3.2 老頂控制

初次放頂時，直接頂初次垮落到老頂初次垮落階段，不僅需要對直接頂做好管理工作，也需要嚴格監控老頂冒落情況，確保老頂能隨著采面推進。在放頂過程中，當老頂跨度達到極限而出現下沉以及撓曲的現象，直接頂就會隨之下沉。根據這種特征，在對礦井特點以及礦壓規律進行把握的基礎上，則需要對老頂來壓情況做好預報以及預測工作。即在保證基本柱齊全、且確保其所具有的支撐能力能夠滿足要求的基礎上，使好戧柱和采用軟幫密集柱等特殊支護來提高支護強度，使支架在老頂“給定變形”的狀況下能夠更好的對自身作用進行發揮，避免出現大范圍的工作面推垮事故，以此對老頂初次來壓階段進行安全的渡過。此外，當老頂斷裂垮落后，作用于煤壁前方的支承壓力高峰向深部轉移，采面和上、下兩道礦壓顯現減弱，采面進入正常管理階段，初次放頂宣告結束。但是在該種情況下，依然需要對直接頂做好管理與控制，避免其局部出現冒頂事故。

2.4 開切眼技術管理

采煤工作面的開切眼工作實際上是指在煤層中做好巷道開掘。圍巖在開切眼過后會產生空間移動甚至變形，降低巖體強度，當原煤巖體的平衡狀態在一定程度上受到破壞時，就會在一定的范圍內形成圍巖破裂帶，稱之為圍巖松動圈。開切眼的強度最好能夠固定住圍巖松動圈，適應數次的動壓影響。在支護材料和支護強度上應當加強，避免采動支撐壓力受到開切眼松動圈的影響發生改變。除此之外，采用單體液壓支柱的方法支護開切眼，需要每日進行兩次注液，保證初撐力大于90kN。另外，也可以運用摩擦支柱的方法，保證初撐力不小于30kN。開切眼的頂板最重要的是完整性，這有利于加強頂板的后期管理。

3 采煤工作面初次放頂技術管理注意事項

通常將初采工作面切眼與直接頂冒落之間所達高度的1.5～2倍的垮落稱之為初次放頂。這一階段主要包括從切眼到直接頂垮落和直接頂垮落到老頂第一次垮落兩個方面。初次放頂根據其頂板類別的不同主要分為自行冒落和強制放頂兩種情況。其中，自行冒落是指當采煤工作面推進到一定距離之后，在冒落高度達到采高高度時能夠自行冒落，強制放頂是指頂板不能自行冒落或者達不到冒落高度時，需要采用強制放頂。

3.1 直接頂自行冒落的初次放頂

可自行冒落的直接頂一般為整體性較差的節理發育頂。當直接頂能夠充分垮落時，其老頂斷裂下沉層下會出現松軟的直接頂，由于其中下層上部的劣質煤極易產生離層、破碎和冒落現象，又容易發生采煤工作面坍塌的情況，所以必須保證有足夠的支撐力。

3.2 直接頂的強制初次放頂

由于直接頂厚度薄，老頂巖石具有堅硬、致密、整體性強的特點，其初次垮落距不能達到自行冒落的范圍，只能強制初次放頂。這種情況下，要注意壓垮型冒頂事故的發生。

3.3 人工強制初次放頂

人工強制初次放頂針對于不易垮落的頂板，強制放頂需要確定放頂步距、放頂高度，采用相應的放頂方法進行強制初次放頂。①在工作面開采之后，由于頂板較為堅硬不能自行冒落，而且形成大面積的懸頂，存在安全風險。②爆破法是強制放頂中常用的一種方法，主要機理是采用爆破手段將頂板切斷，以此令頂板冒落層形成墊基層，這種方法能夠大大減弱頂板壓力和頂板冒落時所產生的沖擊力。③對放頂方法的選擇，人工強制放頂要注意對礦壓的觀測，通過對礦壓的觀測可以得出與頂板動態相關的數據圖，從圖上分析找出二者的一般規律，以準確地找出斷裂位置，更好地開展初次放頂工作。

3.4 初次放頂時的頂板控制

因為初次放頂時存在諸多安全隱患，所以相關工作人員要嚴格對直接頂與老頂進行頂板控制。對于直接頂的頂板控制主要要求是保證直接頂與老頂之間離層間隔不能太大，對老頂的頂板控制要求在于老頂的極限跨度，避免其出現撓曲、下沉現象。

4 結束語

在采煤工作開展的過程中，工作面初次放頂是非常重要的一項工作，對于采煤效率、質量以及安全性都具有非常重要的影響。上文對采煤工作面初次放頂的技術管理方式進行分析與探究，具有一定的實際應用價值與意義。

[1]唐磊.煤礦采煤工作面初次放頂技術管理問題探討[J].科技致富向導，2013，08：373.

[2]袁志強.煤礦采煤工作面初次放頂技術管理問題探討[J].中國科技博覽，2012，33：374.

[3]李闖.厚層砂巖頂板綜采工作面初次放頂的安全技術研究[J].價值工程，2010，15：160.

TD327.2

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2016-2-10