煤礦回采工作面礦壓與頂板管理方式分析

摘要：隨著經濟的快速發展，社會生產生活對煤礦的依賴程度越來越高。在煤礦生產與開采過程中，應始終堅持“安全第一”的生產與管理原則，將安全放在首位，以確保煤礦生產活動順利進行。回采工作面礦壓與頂板管理作為煤礦生產安全管理工作中的重要內容，礦壓顯現可能會給煤巷開采工作帶來危害，嚴重可造成工作面的坍塌，直接危害著生產工人的生命安全。筆者結合自身多年的工作經驗，對煤礦回采工作面礦壓與頂板管理方式進行了分析，以期對煤礦安全生產提供理論依據。

關鍵詞：煤礦生產 回采工作面 頂板管理

0 引言

在煤礦生產與開采活動中，回采工作面礦壓與頂板管理作為管理工作的重點，一旦礦壓不正常都會對煤礦工作造成不同程度的影響。就相關數據分析表明，在眾多煤礦事故中，約有50%的開采事故都是由于頂板問題引發的，因此煤礦企業必須重視頂板安全管理，確保煤礦生產工人的生命財產安全。同時，地下開采或者山體開采作業仍然存在較大的挑戰與困難，在實際開采過程中，年產量60萬噸以上及大型現代化礦井大多采用走向長壁采煤法，必須著重回采工作面兩巷和落山，加強工作面頂板和煤幫管理等，以便采取行之有效的措施，確保煤礦生產工作順利進行。

1 礦山壓力及其危害

在對地下煤巖石開采之前，由于自重作用在其內部引起的應力稱為原巖應力。由于開采前煤巖體處于靜止狀態，在對巷道進行掘進或者開采工作面時，破壞了原來應力的平衡狀態，那么巖體內部的應力勢必會重新分布。在超過煤、巖石的極限強度后，重新分布后的應力往往破壞巷道和工作面周圍的煤和巖，直到煤、巖內再次形成新的應力平衡為止。此時，煤巷和回采工作面在二次應力場下，形成一個與原來應力截然不同的新的應力場，開采活動在煤、巖和支護物上引起的力就稱為礦山壓力。通常情況下，煤礦在礦山壓力作用下會發生一系列的變化，出現諸多力學現象，比如圍巖變形、擠入巷道、冒落、支架變形、坍塌、巷道底鼓等。因此，礦山壓力必然會給回采工作面帶來不同程度的危害，從而對整個煤礦生產工作造成影響，嚴重會導致工作面或回、進風巷垮塌，再掌握不好周期壓力，如果采區準備巷道預留煤柱偏小，很可能會對采區準備巷道壓垮、影響通風和運輸，造成不可估量的經濟損失或人員傷亡。

2 回采工作面頂板分類

雖然各種煤層埋藏深度和地質構造不同，但處理采空區、支護工作面的主要目的仍是控制圍巖，避免其被破壞、變形等，為生產工人提供一個安全的工作空間。在對回采工作面支護過程中，主要是對頂板巖層進行支護，且采空區處理和工作面支護、兩巷管理都稱為頂板管理。頂板管理根據巖層和煤層的相對特性與位置，分為以下幾種：

①偽頂。偽頂是位于煤層之上、厚度不大、易垮落、由碳質頁巖組成的巖層，時常會隨著落煤垮落，且厚度通常在0.3-0.5m以下，不管是一次采全高的巷道和厚煤層放頂煤工藝，偽頂都會隨工作面的推進隨采隨垮。

②直接頂。直接頂是位于煤層或者偽頂之上的巖石，往往由泥質頁巖、砂質頁巖等組成，一層或者多層。一般情況下，如果撤回支架，直接頂就會垮塌，如遇堅硬的砂質泥巖也會隨放頂步距的加大會垮落。

③老頂。老頂指直接頂上方一定距離內、堅硬且厚重的巖層。老頂一般由砂巖、砂礫、石灰巖等組成，位于直接頂之上或可能位于直接煤之上。往往老頂不會直接垮落，并且在采空區上方維持很大的懸露面積，隨支架拉移達到一定距離后，老頂垮落，工作面出現初次來壓，頂板和煤幫壓力增大，之后隨工作面推進出現周期來壓。

如果按照頂板管理分類，可以分為以下幾種：

①中等垮落性頂板。直接頂一般厚，為松軟的巖層，往往會隨著回柱、移架而垮落，但是垮落的巖石塊難以填滿采空區。

②堅硬頂板。堅硬頂板包括難垮落的頂板和極難垮落的頂板。在這兩種情況下，老頂巖石往往直接覆蓋于煤巖層上方，不會隨著回柱、移架而垮落，由于該層巖石比較厚且堅硬，有時會懸露相當大的面積而不會垮落。

③塑性彎曲頂板。由于直接頂具有一定的厚度和硬度，回柱后會呈現塑性彎曲下沉而非垮落，并逐漸與底板接觸，發生在工作面落山的頂板會逐漸下沉，直至形成自然平衡拱。

3 回采工作面礦壓和頂板管理與控制措施分析

3.1 類拱式結構頂板控制與管理。對類拱式結構頂板控制需要遵循的原則是“支與護”。這種控制方式主要是通過一定的支護強度對煤礦回采工作面及采空區上方類拱式結構的失穩條件或者狀態進行平衡，這時采用的支柱初撐力需要平衡于直接頂的巖石重量。工作面需要支架或支柱達到規定的初撐力，兩巷落山采用鋪設塑料網或金屬網護頂、支設切頂密柱，巷道超前維護可以打加長的錨索進行補強支護，確保直接頂的完整性，對類拱式結構頂板進行有效的控制，提高回采工作面頂板管理的水平，避免產生較大的礦壓給工作帶來影響。

3.2 拱梁式結構頂板的控制與管理。拱梁式結構頂板的控制原則是“支”，支主要是指所選用的支護強度應能夠支撐住直接頂的巖石重量，并盡可能減少直接頂和老頂之間的離層。同時，還需要對采空區上方拱梁式結構以及工作面空間的失穩狀態得以平衡，支架頂梁要支撐住頂板，不能壓成“死架”，同時掘進時兩巷要采用主動支護，即使用打錨索、錨桿的方式等，超前維護要達到200米以上。

3.3 梁式結構頂板控制與管理。梁式結構頂板控制的原則是“支與讓”。由于直接頂比較完整且堅硬，為減少礦壓強度，應強制采用放頂法對頂板進行處理，并通過支柱可縮量的調節，使其能更好的適應于梁-拱梁式結構與梁式結構頂板并存的狀態，避免直接頂斷裂下沉。這就要求工作面推進的速度必須大于周期壓力的來壓步距，當老頂來壓時，壓力始終在落山側，對工作面煤幫的壓力減小，避免發生滾幫、塌頂的事故。如陽煤集團二礦開采的15號煤層，當工作面推進到40米以后，老頂才會垮塌造成裂隙，上巷高抽巷才會抽放瓦斯，解決落山角瓦斯大的問題，同時兩巷的超前距離也會縮短，支設π型梁的排數也會減少。

3.4 整體垮塌式頂板結構控制與管理。整體垮塌式頂板結構控制與管理的原則是“支”，整體垮塌式頂板結構頂板的周期來壓并不明顯，在回采工作面的主裂隙發育方向平行于工作面方向時，會導致彎壞的頂板變為剪切破壞，直接頂薄弱的部分區域，基本頂形成垮塌式結構。在采用“支”方式對該結構進行控制前，需要通過強制放頂，弱化頂板來壓強度，將裂隙方向與工作面方向的夾角調節到大于12°，從而使采用的支護強度能平衡采空區與工作面的壓力，避免出現局部整體垮塌式的形式，有效的提高了頂板管理水平和質量，確?；夭晒ぷ髅骈_采活動的順利進行。

3.5 采用新技術合理分析頂板來壓規律。我們要從掘進工作面順槽開始就加強頂板壓力監測，原先是通過頂板離層儀觀測巷道的壓力變化，現在可以從掘進時就安設在線監測壓力表，從掘進至回采完結束，不定期的對頂板變化的時間、壓力大小通過壓力數據轉換為數字的形式同電腦連接起來，制成壓力變化圖表。從而分析出某一號煤層開掘、開采后的壓力變化數據，提供有用的壓力參數，指導生產實踐中在哪一時間采取哪種防范措施。

4 總結

在煤礦安全生產管理中，煤礦回采工作面礦壓與頂板管理是其最重要的組成部分。由于礦山壓力可能會給回采工作面造成不同程度的危害，那么煤礦企業必須針對各種煤層的覆存地質條件、開采經驗、現代科學新技術的應用如掘進和回采期間的礦壓在線監測，結合回采工作面頂板的實際特點，采用不同的頂板管理與控制原則與方式，提高頂板管理的質量與效率，從而避免過大的礦壓給工作面造成危害，確保煤礦生產活動順利進行。

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