急傾斜煤層開采頂板管理

摘要：隨著礦井生產水平不斷往深部延伸，地層深處地質條件由簡單到復雜，斷層構造越來越多，礦井地壓也顯著增大，煤炭開采難度明顯增大。文章通過分析急傾斜煤層的頂板管理特點，結合實際經驗，介紹了適應急傾斜煤層開采的支架布置方式和采空區處理方法。

關鍵詞：急傾斜；煤層開采；頂板管理

中圖分類號：TD823 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）12-0117-02

急傾斜煤層均由煤層傾角增大引起的，地質構造復雜，煤層賦存不穩定煤層由原水平狀態經過多次地質變動，變成急傾斜煤層。急傾斜煤層開采的礦山壓力的分布規律不清楚，急傾斜煤層開采的頂板管理復雜，頂板事故多。急傾斜煤層開采中，因其傾角大而給頂板管理造成很大困難，機械化采煤不適應，用非正規采煤方法，產量低，安全系數小，材料消耗大。所有這些都跟頂板有直接關系，特別是頂板破碎，對管理的要求更高。

1 急傾斜煤層開采頂板管理的主要特點

急傾斜煤層的構造復雜，斷層和褶曲多，煤層厚度變化較大。煤質松軟，層、節理非常發育，呈魚鱗狀，易片幫。

急傾斜煤層的傾角大于巖石安息角，采煤工作面采下的煤能自動下滑，從而簡化了工作面的裝運工作，但下滑的煤和矸石容易沖倒支架，砸傷人員。

急傾斜煤層和圍巖的節理發育，初次來壓和周期來壓并不明顯，易發生無預兆的大面積突然冒頂垮落，造成頂板事故。

急傾斜煤層頂板壓力垂直作用于支架或煤柱上的分力比緩傾斜煤層小，而沿傾斜作用的分力大，煤層開采后，煤層頂、底板都有可能沿傾斜方向滑動垮落，支架穩定性差，易發生扭曲與傾倒。因而工作面支護工作的難度大。

急傾斜煤層的賦存條件普遍較差、儲量少、開采困難、采煤工作面生產能力小。受經濟和客觀地質條件限制，難于采用先進的頂板管理方法。

急傾斜煤層采煤工作面行人、運料及操作等各工序均較困難。

急傾斜煤層機械化采煤一般比較困難，對頂板管理要求高。

2 急傾斜煤層頂板管理的支護方式

開采急傾斜煤層的多數礦井，由于煤層賦層條件差、礦井規模小、經濟條件差，工作面支架多數采用木支架，少數采用金屬支架。支架的布置方式主要取決于煤層直接頂的穩定程度、老頂來壓強度和對直接頂的破壞程度以及底板的巖石性質和回采工藝等。在頂板管理中，大多采用以下支護方法：

2.1 帶帽點柱支護

該支護適宜于頂板較完整、穩定的回采工作面。這是回采工作面普遍采用的基本支柱，根據頂底板巖石性質，一般分為矩形和三角形兩種排列。采面基本支柱必須帶帽，柱帽規格須與基本支柱和承壓力相配套，松軟底板一般要穿鞋，堅硬底板一般要設置柱窩，使支柱架設堅實穩固，并具有相應的初撐力。

2.2 棚子支護

該支護主要用于直接頂很不穩定，比較破碎或直接頂中等穩定的工作面。為保持直接頂的完整性，按方向的不同，當回采工作面順著行進方向推進且平行于直接頂裂隙時，一般經常采用走向棚子支護。當直接頂的裂隙垂直工作面，通常采用傾向棚子支護。

2.3 木柱支撐法

這種方法一般產量比較低，坑木消耗量較大，支護強度比較小，不好回收，一般適用于頂板比較破碎、地質十分復雜的煤層。

2.4 金屬支柱支撐法

這種方法操作難度大，回收麻煩而且危險系數大，勞動強度比較大，通常適用于堅硬頂板、地質比較簡單的

煤層。

2.5 柔性掩護支架支撐法

這種方法產量高、安全可靠性高，缺點就是操作比較復雜，一般適用于堅硬頂板、地質比較簡單的大儲量

煤層。

要尋求比較合理的支架布置方式，關鍵在于要經常深入生產現場，對煤層頂底板巖石性質進行了解，研究其變化規律并掌握住，才能因地制宜，選擇比較合理的支架布置方式，才能有效地保證安全生產，提高工作面的產量，降低相應的材料消耗。

3 急傾斜煤層頂板管理

3.1 急傾斜松軟頂板管理

一般多采用錨、噴、網等聯合支護，并輔以防片幫的措施，采用的防片幫措施主要有打護幫柱、錨桿、掛網支護等聯合支護；由于松軟頂板軟且破碎，采用的支護方式以木柱和外注式液壓支柱比較常見，用木柱支護煤層一般不能采用長壁采煤方法，主要以留煤柱為主，而采用外注式液壓支柱支護則必須配合鉸接頂梁或支柱配合金屬網

支護。

3.2 急傾斜堅硬頂板管理

工作面急傾斜頂板管理通常采用垮落法，采用走向長壁后退式的采煤方法，頂板管理采用垮落式，其采空區滿足放頂面積時采用強制放頂的方法，采后管理為沿空留巷方式。沿空留巷方式是采取上幫拉底，碼石墻和人工挑頂，并采用液壓支柱、木柱及頂底板打錨索，達到加強護幫效果，一般還在所留巷道內的上、下幫頂板打雙排錨索（帶鋼帶），以此加強頂板管理，所打的錨索必須打到老頂內，錨索強度必須達到相關安全規定。工作面上、下巷20m一般采用超前支護，一般采取木柱、外注式液壓支柱、錨索（帶鋼帶）、金屬鉸接頂梁支護等支護方法。為了預防大面積懸頂，采取的主要措施有強制放頂、加大切頂線切頂支護強度等。

防止冒頂的主要措施有：要掌握頂板壓力分布及來壓規律，采煤工作面冒頂事故大多數都發生在直接頂初次跨落、老頂初次來壓和周期來壓過程中。掘進巷道在布置及支架形式的選擇上也要充分考慮壓力的分布規律及頂板來壓的大小，把巷道布置在壓力降低區內。根據掘進工作面巖石的性質來嚴格控制空頂距。根據頂板特性及壓力的大小采取合理、有效的支護形式控制頂板。當掘進工作面遇到斷層、褶曲等地質構造破壞帶或層理裂隙發育的巖層時，支架應緊靠掘進工作面。在地質破壞帶或層理裂隙發育區掘進巷道時，要縮小棚距。在掘進工作面附近應采用拉條等把支架連成一體防止支架被推跨，必要時還要打中柱以抗擊突然來壓，并嚴格執行敲幫問頂制度。

另外，防沖矸的主要措施有：當老塘空曠（回風巷以下）沿斜長超過10米以上時，首先必須于回風巷的上幫打一排炮眼，炮眼間距一般為1.5～2米，然后裝藥爆破，把煤柱、矸石炸落并充填相應的空曠區。假如空曠區比較短，則一般只需留設一個滯后木垛，尾柱沿走向排數一般為2～4排，沿傾斜的長度一般按照參照空曠長度。

4 急傾斜煤層回采管理

4.1 急傾斜煤層回采工作面、通風與供電

急傾斜煤層的回采工作面傾角較大，一般都超過煤的下滑安息角，放完炮，煤就會自動下滑至下巷倉口，把煤裝入礦車后，可以直接運至車場。急傾斜回采工作面的通風與供電跟緩傾斜工作面有所不同。由于其傾角較大，下巷要相應地留煤柱，運煤也從回采面切眼的下出口進行，因此需要從別的切眼的下出口和橫川來完成回采工作面的通風與供電。回采工作面的通風安全主要是防止漏風，所以在各個切眼的上部跟上巷對透后，一般都做成活動阻風門，材料采用木板。回采工作面的供電一般是只需下巷的一個切眼、行人出口，并用活風門封好其他眼。

4.2 急傾斜煤層采空區處理

急傾斜煤層回采工作面的頂板壓力主要是沿傾斜方向分力大，而垂直作用于支架或煤柱上的作用力小，一般頂底板大都冒落在回采工作沿傾斜上方的1/2處。頂板一般呈凸出式，沒有任何信號突然冒落，冒落后的巖石沿著底板滑向采空區下部，并充填下部采空區。所以無特殊情況下，一般不撤回木頂柱，就可以保證回采工作面的頂板不冒落。通常情況下在回采有一定距離后，應沿傾斜方向留下一條煤柱，達到抵抗和減弱周期壓的效果。一般還在周期壓抵抗煤柱下方的切眼處留煤口來放煤。周期壓會壓垮煤柱一部分，并沿傾斜方向溜下來，所以在放煤時，看到石頭溜下來，就要馬上進行封眼，這是頂、底板已有冒落或鼓出的信號。一般采用兩排圓木組成的密閉頂子來封堵切眼下口和其他眼。

5 結語

目前急傾斜煤層的開采還處于探索階段，但依靠現有的經驗方法對開采急傾斜煤層的頂板管理，還是行之有效的。因此，前述的頂板管理方法，對開采急傾斜煤層的煤礦具有一定的借鑒意義。

參考文獻

[1] 張先塵.中國采煤學[M].北京：煤炭工業出版社，2003.

[2] 石平五.西部煤礦巖層控制泛述[J].礦山壓力與頂板管理，2002.

作者簡介：翁加洲（1974—），男，福建龍巖人，福建煤電股份有限公司培豐煤礦副礦長，技術負責人，采礦助理工程師，研究方向：采煤。

（責任編輯：趙秀娟）