景福煤礦放頂煤開采頂板管理技術措施分析

段春陽

（山西華陽集團新能股份有限公司，山西 陽泉 045000）

景福煤礦150503放頂煤工作面位于礦井井田新區中西部，西部為井田邊界（鄰礦博大京魯煤礦），南部為未采區域，東部為陽泉上社二景和二景和諧煤礦，北部為F3斷層。15號煤層工業資源/儲量為3 505.6萬t，設計資源/儲量為2983萬t，設計可采資源/儲量為1 743.97萬t。在過去的開采過程中，發現工作面的冒頂發生次數較多，嚴重威脅到工人的生命安全。為了保證工作面的安全開采，設計了一系列的頂板管理技術措施[1-3]。

1 正常情況下頂板管理技術措施分析

1.1 堅硬頂板管理

直接頂類別為2類（中等穩定），老頂520＜Pmo≤620，屬于Ⅱ級，則150503工作面采空區頂板易垮落。根據150503工作面地質條件及鄰近已采工作面老頂來壓情況，確定本工作面頂板來壓步距如下：直接頂初次垮落步距為12～22 m，老頂初次垮落步距為35～45 m，老頂周期來壓步距為18～25 m。

根據150503工作面地質條件及相鄰已采工作面頂板跨落狀況，工作面頂板不屬于堅硬頂板，初采期間采取頂板預裂措施后，無需強制放頂。采空區頂板懸頂面積過大，也會給安全生產帶來極大隱患。為了預防這種情況，在150503工作面采取頂板預裂措施。頂板預裂爆破方案如下：工作面共布置鉆孔25個，鉆孔垂直工作面切眼布置，鉆孔長度為30 m，仰角60°，鉆孔采用直徑為56 mm 的鉆頭進行鉆進，鉆孔方向與150503工作面推進方向一致。

1.2 回采巷道和工作面頂板管理

工作面采用放頂煤液壓支架支護頂板，其中工作面兩端頭分別安設型號為ZFG6500/18/30端頭液壓支架共6組（端頭、端尾各3組），型號為ZF5000/17/28中間架一共布置137組。支架工作阻力可滿足頂板壓力要求。

工作面順槽超前支護方式采用DW3.5-200/100型單體支柱加4.2 m大板配合4.2 mπ型梁棚聯合支護，且支護距離不少于30 m。若遇頂板異常，視實際情況確定。端頭排頭架外幫使用邁步抬棚管理頂板，距排頭架外幫0.2～0.5 m，平行巷道方向布置，π型鋼長度為4.2 m，單體柱打設方式為“一梁三柱”，棚距0.1～0.2 m，單體柱間距分別為（2±0.2）m、（3.5±0.2）m。當排頭架（部分或全部）在巷道內，現場空間不足無法打設邁步抬棚的改用點柱。

工作面端頭、尾支架外幫留有約2.0～3.0 m的空檔，端尾支架外幫空檔采用大板控頂。當端尾支架外幫空檔超過1.6 m、低于2.0 m時，采用兩端大板控頂；端尾支架外幫超過2.4 m時，采用三端大板棚管理。端頭支架外幫空檔采用大板棚管理。

1.3 機頭（尾）三角區頂板管理

兩三角區與工作面平行方向各采用3組ZFG6500/18/30型排頭架進行頂板支護。割煤后要及時打出伸縮梁、逼幫板護頂、幫，移架時嚴防倒架、垛架。每進一個循環后在端頭、端尾各聯一趟1×8 m2金屬網，排頭（尾）三組架各上一塊4 m半圓木形成假頂。頂板破碎煤墻松軟時根據現場情況適當加長聯網長度，上大板加強頂板支護強度。聯網操作順序：停機閉鎖前溜→支護好聯網空間→掛網→聯網→吊網，保證采煤機通行空間。

安全出口要隨時進行清理，確保暢通。轉載機外的列車拖移電纜要每班向超前支護外拖移，將彎曲段移動至超前維護外5 m，確保人行道凈寬不小于0.8 m，凈高不小于1.8 m，人員進出方便。端頭、尾三角區里幫錨桿卸壓后，要及時將煤墻逼好，作為禁區管理，防止人員誤入或片幫煤傷人。

1.4 兩巷老塘垮落管理

皮帶、軌道順槽的頂板破碎區域需要采用單體液壓支柱和π型梁棚支護，并要加強對頂板的維護工作，維護時采用半圓或道木。在進行施工時，需要嚴格遵守煤礦安全規程，對巷道的礦山壓力進行觀測。在礦山壓力出現明顯顯現的區域進行維護，主要是采用單體液壓支柱進行加強支護。與此同時，在周期性來壓期間，應該加強對頂板的管理，并做好預報工作。

皮順巷道排頭1#架尾梁末端往后老塘懸頂長度不超過4 m，軌順巷道排尾1#架尾梁末端往后老塘懸頂長度不超過2 m。為防止老塘不及時垮落，采取退錨索、退巷道頂部外幫側3個錨桿螺絲和外幫上頂角錨桿絲措施，保證老塘隨采隨落。

退錨位置和數量可視現場頂板壓力和垮落情況適當進行調整。老塘懸頂長度超過標準必須停機進行處理。主要處理措施[4]：（1）錨索頭炸開等客觀原因無法正常退錨的，保證人員的安全下進行刺松托盤上頂煤，使錨索失效；（2）已退錨的，用絞車拉鋼帶進行放頂，人員要站在安全區域進行作業。如果采空區頂板不能及時垮落，要采用編織袋裝煤進行充填，充填時不得砌墻，要實心充填。老塘中不得遺留任何鐵器、雜物?；夭蛇^程中，根據頂板垮落情況，適當調整退錨索、錨桿螺絲數量，確保既滿足頂板垮落需要，又能保證頂板支護強度。采取退錨桿螺絲放頂時，頂角錨桿螺絲不受外界影響時必須退掉。如果采空區小面積未垮落時采用填充的方法管理老塘。如果采空區頂板大面積不能及時垮落，要停止生產，制定專項放頂措施。

2 特殊情況下頂板管理分析

2.1 松軟帶、破碎帶頂板管理

在距離松軟帶、破碎帶50 m的區域，需要對液壓支架的液壓系統進行全面檢查，保證支架能處于正常工作狀態。與此同時，還應該提前準備所需要的材料，例如單體液壓支柱、木材以及鐵鍬等工具。檢查煤礦工作面的排水溝是否發生堵塞，保證工作面的排水順暢。為了保證生產的安全性，在這個區域還應該降低工作面的采高，改變液壓支架的移架方式。在移架后，應該保證支架接頂嚴實，保證支架具有足夠的初始支撐力。

在通過工作面頂板破碎區域時，需要對液壓支架進行提前升前梁。在支架的支撐力不能滿足要求時，不再進行液壓支架升架操作，要保證液壓支架整體的平直。在出現煤壁片幫時，需要進行提前移架，使液壓支架頂住煤壁，避免出現大規模片幫。若液壓支架頂住煤壁后仍出現片幫，需要采用單體柱和道木進行頂住，以免出現片幫加深的情況。

2.2 地質構造區頂板管理

工作面范圍內有JX12、JX14 陷落柱存在，巷道布置時先用震動炮進行松動，直接掘進機掘進；回采時先用震動炮進行松動，直接采煤機進行回采。

根據礦方提供的地質勘探資料顯示：150503工作面內部及周邊范圍內發育的地質構造有MF14號斷層、MF25號斷層、MF39號斷層、MF41號斷層、MF42號斷層和MF43號斷層。

工作面過斷層期間，現場備足過斷層的物資材料（如金屬網、方木、小料等），在工作面敷設2路供風管路供風鉆打眼，在運輸巷形成1路壓風管路供風鎬破矸。工作面現場必須備足大板、小料、金屬網等材料，以備支護頂板用。

在工作面過斷層期間，應該加強施工管理。要檢查液壓支架的液壓系統，以保證能提供穩定的初始支撐力，與此同時，泵站的壓力不低于30 MPa。在工作面運行期間，應該保證兩巷的支護狀態良好，液壓支架不出現咬架、壓架以及欠底等問題[5]，且液壓支架的高度不能超過兩側護板的2/3，必須嚴格控制工作面的控頂距。在控頂距超過340 mm時，要及時地對液壓支架進行移架，并要做好液壓支架的接頂工作。若移架之后仍然不能減小控頂距，則應該采取其他措施來進行護頂。使用單體支柱支設好臨時貼幫柱，拴好防倒繩，柱距0.75 m，初撐力不得低于1800 kN。嚴禁出現空頂、空幫。

3 預防架前頂煤（頂板）漏冒、煤壁片幫措施

為了保證回采的安全性，液壓支架的初始支撐力應該不低于規定值的80%。若支撐力不能滿足要求，應該查明液壓支架的工作狀態情況，如發現問題，則應該立即上報主管領導進行解決。與此同時，液壓支架必須要接頂良好，并做好對煤壁的護幫工作。

通常情況下，破碎頂板和假頂要持續與液壓支架的頂板保持接觸狀態，并控制最小的控頂距?；夭晒ぷ髅娌筛呔鶆?，采高滿足2.8 m。支架頂梁與頂板平行支設，最大仰俯角不大于7°，貼頂嚴密。根據工作面現場情況及以往工作面回采管理經驗，150503工作面確定的最大梁端距不大于340 mm，可保證架前頂煤及煤墻支護安全有效，則工作面最大控頂距5250 mm及最小控頂距4450 mm。由于工作面沿煤層走向布置，且煤層屬于近水平煤層，所以無須采取支架防倒、采煤機防滑措施。

4 應用效果分析

景福煤礦的150503放頂煤工作在采取安全管理措施之前，冒頂發生的次數每個月在10次左右，而在采取一系列的頂板安全管理技術措施后，冒頂發生的次數每個月僅僅只有2次左右，下降了80%。由此可見，采用的安全技術措施有效。