礦山開采區頂板開裂放頂實施方案

高永升

（鄭州煤電股份有限公司蘆溝煤礦，河南 鄭州 452373）

某礦開采的4號礦層的頂板是復合頂板，在4號礦層的提取，變形和破損過程中，頂板多次冒落。通過對其存在的特點以及出現問題的規律，解決了復合頂板的掌握問題，從而創建安全礦山生產的前提條件。

1 CO2致裂原理

在二氧化碳致裂器運行過程中釋放的高壓二氧化碳氣體立即作用在多孔壁上，導致介質裂化或破裂。①CO2在31℃或更低的溫度和7.2MPa的壓力下呈液態。②如果溫度超過31℃，則無論壓力如何，液態CO2都會在20ms內氣化。膨脹系數可達600倍，壓力可達80MPa～270MPa。利用該特性，使得儲存管中的液態二氧化碳立即被加熱器蒸發，以產生高壓。當壓力達到蓄壓裝置確定的壓力時，高壓氣體被排出到外部，并立即產生強推力。沿著自然裂縫或誘發裂縫的表面松開材料，然后將其推離主體，以達到破裂和防反射的目的。

2 礦井頂板致裂的原因分析

（1）采礦方式不合理。如果不開采礦層，則巖層的限制處于平衡狀態。然而在開挖后，開挖空間中形成了應力釋放區，這導致了應力的重新分布，應力集中在某些區域。如果應力集中超過巖層的極限，則巖石會破裂并引起事故。如果能源生產區域布置不當，生產過程中該區域前方某些區域的應力就會不正常。如果超過了巖石舉升極限，則當屋頂跌落時可能會發生事故。如果在巖石層中的水平張力高并且工作面的布置不合理，這將容易導致應力集中在返回空氣路徑和工作面的輸送路徑中，并且會發生屋頂倒塌的事故。如果在拉出隔熱工作面時碳保護柱的預留寬度不足，則在拉出隔熱工作面時，工作面前面的接觸壓力會轉移到頂板，這會導致頂板張力集中，容易引起冒頂事故[1]。

（2）工作面頂板安全管理不善。在管理工作區域時，有必要根據頂板的類型對頂板進行分類，即可以將頂板分為極難垮落頂板、易垮落頂板、中等垮落頂板和塑性彎曲頂板。極難垮落頂板通常是指進行開采后不易掉落的舊的礦層頂板，而易垮落頂板是指開采和開采的層的直接頂板。礦層開采過程中隨采隨落。我們可以看到，頂板的掉落不僅與頂板的類型有關，而且與液壓支架的運動也有很大關系。

3 開采工作面頂板致裂的預防措施

3.1 致裂效果監測內容和方法

①監測液壓支架的阻力。除道路的液壓支撐外，在工作區域的末端還使用了動態頂板（壓力）監控系統。動態頂板監控系統（壓力）用于監控工作面上的液壓支架的工作阻力，重點是工作面頂部的液壓支架的工作阻力。比較休息之前和之后的步幅長度和工作表面循環強度之間的差異。②監測礦區方頂瓦的倒塌情況。根據工作面的工作條件，必須及時監測切割路面的工作面的屋頂坍塌情況，并檢查頂板裂縫和減壓的影響。

3.2 預測礦山壓力提高頂板管理的有效性

為了提高屋頂管理的效率，應強調以下幾個方面：①必須有可靠的頂板管理技術人員，可以根據實際情況評估頂板的狀況。定位并確定其是否處于破裂狀態或處于懸浮狀態。②必須保證頂板支架的效率。支撐的有效性不僅意味著結構的效率，而且還意味著需要一定的動態載荷。③必須遵守礦山安全規定。如果沒有批準，負責人員將無法未經批準而更換頂板，并在頂板管理中闡明質量要求。

3.3 復合頂板控制

在分析了復合頂板的特性和結構，結合4號礦層的發生特性后，從設計的各個方面對采礦面的復合頂板進行了控制。采礦面、采礦工藝、采礦面支護和頂板管理。具體的控制措施如下：回采巷道以及切眼掘進。覆蓋了工作立面的采礦道路和挖空部分，以減少對碳脈頂的完整性的影響，并為控制復合頂創造了更好的條件。巷道支護形式的選擇基于巷道拆除的經驗以及復合頂板的分層特性。

采礦走道支架使用錨固支架+絲網，當走道穿越斷層時使用螺栓和噴射混凝土支架。所使用的錨桿的直徑為22mm，長度為1800mm。ZH2000/16/24Z型上架整體式懸架液壓支架，ZH2000/16/24Z型上架式160液壓組合式懸架組合整體懸架在該表面上安裝有4根柱子，各1000mm之間，最小上轉向距離為2.8m，最大上控制距離為3.6m，上臺階距離為0.8m，吸氣高度為2.2m，誤差為±0.1m，并且色譜柱合理，功能強大。工作頭使用ZT1200/17/24H，下端使用液壓支架ZT2400/17/24H保護頂板。輔助操作使用集中控制方法，左右幀交替向前，支架之間的距離不得超過0.5m。確保防雷墻支撐系統具有相同的剛度并科學地支撐頂板。上部和下部安全出口和端部支撐：上部和下部安全出口由帶有整體式立柱的扁木制成，以構成主軌道。安全出口規格：長3m，寬0.8m，高不少于1.6m；頭部使用ZT1200/17/24H，下端使用ZT2400/17/24H型液壓墊來保護車頂。輔助操作使用集中控制方法，左右框架交替向前移動。支架之間的距離不得超過0.5m。

3.4 特殊時期頂板控制

（1）開采工作面實行安全管理措施。在安裝工作面，地質構造帶，過老巷，應力集中區域以及恢復結束期間的屋頂管理，必須制定特殊的安全措施，提前確保安全拆卸。

（2）在壓制過程中檢查車頂。在第一次壓制工作表面和定期壓制期間，頂板下陷，碳壁剝落嚴重，容易損壞頂板和薄膜傷人。加強頂板管理，避免發生冒頂事故。①在工作表面的第一時期和該時期的期間，有必要加強對表面壓力的預測。②工作面懸架的雙向液壓支撐的初始支撐力不得小于16MPa，上下端和擴展端的單個液壓螺旋槳的初始支撐力應不小于11.4MPa。③確保衣架支架完好且筆直，以防止其從支架正面泄漏。④必須擰緊托架的頂部，并且前側之間的距離不得超過300mm。如果頂板破裂且膠卷破裂，則必須在一定時間內延長伸縮光束以支撐裸露的頂部。⑤在周期來壓期間加快工作面的前進速度。⑥如果將工作表面移動一定距離（面積＞2m×5m）后，頂板的大部分未塌陷，則必須使用手動頂棚。⑦如果工作面上有較大的壓力區域，則必須立即中斷工作，并加強支撐（打s或加固的支柱）。如果情況緊急，應立即將所有操作員撤離并報告給裝運室。

（3）作業結束前的頂板檢查。①準備在距離停止線8m～10m的地方鋪設金屬電纜，以創造恢復懸吊支撐所需的條件，并提前制定安全措施進行恢復。②停止工作臺面時，必須采取特殊的安全措施以加強工作臺面的管理。

（4）過斷層及頂板破碎帶頂板管理。①在工作面越過斷層帶之前，必須采取特殊的安全措施以加強頂板管理。②可以在誤差的影響下適當減小抽吸高度，并且將抽吸高度控制在1.8m～1.9m的范圍內。③在故障排除過程中必須加強爆破管理，必須嚴格按照爆破表進行鉆孔，裝填，爆破。

4 結語

在這項工作中檢查的頂板的裂縫和頂板效應是顯而易見的。在沒有裂縫的礦區，強制性屋面對促進屋面有很大影響。