煤礦采掘工作面頂板管理的問題研究

張軍(銅川礦務局照金項目部，陜西 銅川 727000)

0 引言

在煤礦生產經營過程中，安全工作是所有管理工作的基礎。通過對煤礦事故的總結和分析發現，頂板事故是煤礦最常見、最容易發生的事故，因此煤礦企業必須將頂板管理作為安全管理工作的重點。在采掘活動中要充分了解引發頂板事故的原因，并制定完善的技術方案和管理制度，防止在采掘活動中發生頂板事故，給從業人員的人身安全以及煤礦企業的財產經濟造成重大損失，從而增強煤礦企業在激烈市場競爭中的核心競爭力，為煤礦企業實現可持續發展奠定良好的基礎。

1 煤礦采掘工作面頂板問題研究

1.1 采煤工作面煤壁冒頂問題

在采煤作業中，由于煤層直接頂巖層中有原生性裂縫存在，或者巖層結構受采煤振動及壓力重新分布的影響，以及支護結構穩定性未能達到安全標準等因素都有可能造成工作面煤壁發生冒頂問題[1]。因此要采取及時合理的支護方式，并對頂板的壓力進行動態監測。

1.2 采煤工作面兩端頭冒頂問題

在采煤作業時，其機頭或機尾位置經常會移動，致使該處的支護反復移設，頂板也反復支撐，同時，受采動超前壓力的疊加作用，對工作面兩端頂板產生非常大的影響。此外，如果工作面及所連接巷道支護的初撐力未能達到施工要求，也可能會導致該處頂板發生冒頂問題，因此這是采面頂板管理工作中的重點環節。

1.3 采煤工作面放頂線冒頂問題

采煤工作面頂板會隨著采煤的不斷推進而產生比較明顯的下沉，而當巖層中存在離層性巖石時，其會在回柱作業中產生失穩移動，因此會對支撐的穩定性造成嚴重的影響[2]。此外，在對支柱進行回撤作業時，當所有支柱完成回撤后，頂板有可能會出現推垮性冒落問題，威脅到作業人員的安全，因此需要加強這一環節的頂板安全管理工作。

1.4 掘進工作面煤(巖)壁冒頂問題

掘進機(爆破)在破煤(巖)作業的過程中，其頂幫部可能會有破碎煤(巖)產生。由于其與煤(巖)體間的連接被破壞，一旦支護未能達到設計強度時，煤(巖)體就可能會發生垮塌等事故。同時如果掘進作業的超前支護強度未能對工作面頂板進行及時有效支護，會造成頂板冒落問題。

1.5 交岔巷道冒頂問題

由于在采掘活動過程中經常需要施工交岔巷道，而且交岔巷道跨度大、應力高，容易出現冒頂問題。特別是在原支護強度不變的情況下，發生煤(巖)體離層脫落冒頂等頂板事故的機率較高，且這類事故隱患難以及時察覺，因此是頂板管理中的重點。

1.6 地質構造面冒頂問題

煤礦井下采掘活動過程中經常會遇到地質構造帶，如：斷層、褶曲、沖刷帶、陷落柱等，由于受地應力影響，這些地質構造帶煤(巖)體裂隙發育、應力集中、承壓能力差，當地質資料不清，支護方式和強度選擇不合適，極易發生冒頂事故，這是頂板管理的難點。

2 加強煤礦頂板管理的有效途徑

2.1 制定完善頂板管理機制

煤礦企業應高度重視頂板管理的重要性，嚴格遵守相關的安全生產技術管理規范，制定完善的頂板管理措施，以確保頂板支護質量和安全。煤礦企業應積極應用先進的信息技術，對頂板支撐壓力等指標參數進行動態檢測，將預防作為頂板管理工作的重點，有效降低冒頂事故發生的機率。特別是對地質條件復雜的圍巖進行采掘作業時，煤礦企業必須采取超前支護等措施，并綜合運用高強度支護、貼幫支護、端頭支護、切頂支護以及特殊支架等多種方式來確保開采作業的安全[3]。同時在采掘過程中應采取定期巡檢等方式，通過精細化的頂板管理措施來確保支護的安全可靠，從而避免人員的傷亡以及經濟財產的損失。

2.2 掘進地質構造帶頂板管理措施

當掘進工作面遇到地質構造帶時，由于構造面節理發育應力集中，會導致不同煤(巖)層間有離層產生，此時頂板結構的穩定性會受到影響，并導致掘進工作面頂板巖層的壓力進一步增加，從而造成頂板出現坍塌事故。因此在掘進作業中應采用高強度支護方式來對構造面頂板進行支護管理，以避免冒頂等嚴重的安全事故發生。目前掘進工作面面比較常用的是對構造帶進行超前或前探支護的方式來保證回采作業的安全。該支護方式不僅比較容易操作，而且能夠對較大范圍頂板進行有效支撐，同時還可以結合局部填充膠結技術來提高頂板結構的完整性[4]。在選擇地質構造帶的支護方式時要注意，必須弄清楚地質構造、煤(巖)體的層理發育程度和承壓強度，并結合巷道寬度高度以及礦壓等因素合理選擇支護方法，以確保頂板支護的安全性和穩定性。

2.3 采面地質構造帶頂板管理措施

在采面過地質構造帶時，應充分考慮端面距以及煤層頂板的實際冒落高度等因素。當端面距與冒落高度均為1m時，可以采取鉆眼插鋼針的方式來提高臨時塌冒區頂板的穩定性。而當端面距或者冒落高度超出這一安全標準時，則應采取相應的棚式支護措施。棚梁可以根據實際情況使用2或3個，同時應嚴格控制煤壁和采高的一致性。應指派富有經驗的技術人員對工作面頂、煤壁進行敲幫問頂，以準確判斷其是否存在離層或者浮煤矸等問題。當頂板壓力降低時，施工人員應按照端面距的實際長度來進行置頂高度的設置，并將長方木等材料設置在平行煤壁的位置。作業人員還可以采取利用液壓前探伸縮梁或護幫板進行支護的方式來避免頂板出現二次冒頂事故。此外，還應綜合利用前探梁結合插入鋼針以及設置臨時性支柱等方式及時對頂板進行支護，以保證頂板結構的穩定性。

2.4 煤礦采掘工作面巷道頂板管理措施

在煤礦采掘工作面以及巷道頂板的安全管理工作中要堅持預防為主的管理原則，并合理選擇合理的支護方式，從而確保采掘工作的安全。

(1)在煤礦掘進巷道的支護作業中，所使用的鋼性支架應盡量選擇具有可調節功能的裝置或者卡環式裝置。其中拱形卡栓式金屬支架由于能夠有效提高對頂板結構的穩定性，其支護效果較好，因此得到了廣泛的應用。如果采用的是錨噴支護方式時，則應盡量采取利預應力錨桿(錨索)支護型式。

(2)煤礦掘進施工時，在掘進迎頭位置煤(巖)石硬度能夠滿足前探梁的使用條件時，應盡量采取前探梁方式來進行施工。比較常見的前探梁包括一梁三環以及吊掛式等結構型式，而其中一梁三環式前探梁在目前的煤礦采掘實踐中更是得到了比較廣泛的應用。

(3)在頂板管理中應結合巷道結構的穩定性、頂板巖層特點以及錨桿長度等因素準確測定其松動范圍，以提高支護結構選擇的合理性。當煤礦采掘巷道頂板主要為泥炭質頁巖時，其松動范圍一般在1.2m到2m之間。當采掘巷道頂板主要為泥巖時，其松動圈一般在相距掘進頭約30m處，且其范圍通常在0.5m到1.2m之間。而當煤礦采掘巷道頂板主要為石灰巖時，其松動圈則一般在與其巷道相距70m處，且松動范圍大多在0.4m左右[5]。此外，還應將錨桿固力控制在60kN到90kN之間。

(4)在采掘工作面頂板管理中應積極采用小鉆頭、小藥卷以及小錨桿技術的三小支護技術，特別是在應用了錨網和錨梯形鋼筋梁等材料后，其支護效果能夠得到進一步的提高。此外，光爆錨噴技術也是頂板支護中的一種有效支護方式，能夠有效提高頂板支護的完整性和穩固性。

(5)在采煤作業中，按照回采礦壓變化，可以采取沿空送巷設置煤柱等方式來提高頂板的穩定性。一般來說，采掘工作面在壓力降低區兩側的承壓范圍大約在0到7m之間，而在壓力升高區的影響范圍則在7m到30m之間，所以應將沿空送巷的設置范圍控制在7m以內。此外也可以根據實際條件來對兩側設置范圍進行相應的調整，并將護巷煤柱控制在30m左右。

3 結語

頂板管理工作是煤礦安全生產管理工作中的重點內容之一，其對于保證煤礦的安全開采以及作業人員的人身安全都具有十分重要的意義。所以煤礦企業要建立完善的頂板管理機制，并積極應用先進的技術設備對巷道頂板進行有效的防護，以確保頂板的穩定安全，為煤礦采掘活動的順利實施創造有利條件，從而促進煤礦采掘作業的技術水平和生產效率的提高，以滿足我國國民經濟建設和社會發展對煤炭資源的需求。