綜采放頂煤工作面頂板管理及安全措施

文/曹曉鵬

綜采放頂煤工作面頂板管理及安全措施

文/曹曉鵬

近年來，放頂煤采煤方法在煤礦得到廣泛應用，對提高全國煤炭產量發揮了重要作用。但有些煤礦對放頂煤開采工藝的特殊要求認識不足，未能嚴格執行放頂煤開采安全管理的有關規定，特別是頂板管理方面存在重大安全隱患，嚴重威脅礦井的安全生產，甚至發生了重大事故。本文從陽泉市燕龕煤炭有限責任公司程莊煤礦15302工作面的實際情況出發，對放頂煤工作面頂板管理進行了研究,闡述了放頂煤工作面頂板管理的特點和方法。

一、工作面概況

程莊煤礦位于陽泉市郊區河底鎮程莊村，井田面積8.9476平方公里，保有儲量11467.8萬噸，可采儲量5999.7萬噸，可采煤層3#、8#、9#、12#、15#，先主采煤層9#、15#。

地質資料顯示，15#煤層賦存角度2°～13°，煤層厚度6.5～8.65m，平均厚度7.38m，底煤開采厚度2.8m，放頂煤高度為4.58m，采放比為1∶1.64。無煤(巖)和瓦斯(二氧化碳)突出危險性，頂板冒放性較好，水文條件屬中等，符合放頂煤開采的相關規定。

放頂煤工作面回采率為底煤95%、頂煤80%，采用綜采放頂煤回采工藝。根據設計，15302工作面采用ZF4400-17/30型放頂煤液壓支架支護頂板，過渡架為ZFG4800-19/32型液壓支架，順槽超前支護采用DW31.5-250/100型單體液壓支柱配φ20cm×5m木板梁聯合支護。

二、綜采工作面頂煤冒放性分析

開采深度。實踐表明，頂煤冒放性隨著開采深度的增大而加強。當開采深度小于100m時，頂煤冒放性差；當開采深度大于 400m時，頂煤易于冒落。程莊煤礦15#煤層平均埋深380m左右，從開采深度看，頂煤冒放性為中等。

煤層強度。煤層強度是影響頂煤冒放性的關鍵因素。數據顯示，井田15#煤硬度系數在2～4左右，其自然狀態下抗壓強度小于20MPa，按此推論15#煤冒放性較好。

煤層厚度。一次采出的煤層厚度以5～12m為宜。頂煤厚度太小，易發生超前冒頂，含矸率增大；頂煤厚度過大，破壞不充分，采出率低。15#煤煤層厚度6.5～8.65m，較適合放頂煤開采。

煤層結構。15#煤層為炭質泥巖，結構較簡單，故對頂煤冒放性不會產生較大的影響。

頂煤節理裂隙。頂煤節理裂隙發育程度直接影響到頂煤的冒放性，節理裂隙發育的煤層，頂煤在支承壓力的作用下易于破碎，節理裂隙越發育，頂煤的冒放性就越好，就越易于放出。15#煤層節理、裂隙發育中等，不需要對頂煤采取軟化措施，有利于頂煤冒放性。

頂板條件。影響煤層冒放性的煤層頂板包含直接頂和老頂兩部分。直接頂對頂煤的壓裂無直接影響，但直接頂能夠隨采隨冒并具有一定厚度是放頂煤開采頂煤破碎冒落后能夠順利放出的基本條件，否則不利于頂煤的回收。結合程莊煤礦實際生產經驗，15#煤層直接頂初次垮落步距15m，老頂板初次來壓步距20～30m，周期來壓步距15～20m。煤層頂板隨采隨冒,頂板冒落后填滿采空區，冒放性較好。

三、工作面頂煤冒放性評價

根據頂煤冒放性評價步驟，結合采場條件，按采深與煤層強度之比值與隸屬度值、直接頂巖性與隸屬度值、老頂級別與隸屬度值、采放比與隸屬度值、煤層節理裂隙間距與隸屬度值、夾矸層厚度與隸屬度值、夾矸層強度與隸屬度值等，計算出工作面采區頂煤冒放性隸屬度值。

計算公式：μ=ΣAi×μi

式中∶μ—頂煤整體冒放性隸屬度值，其標準詳見表1。

Ai—各影響因素的權重，其取值詳見表2。

μi—各影響因素的隸屬度值，其取值詳見表3。

表1 頂煤整體冒放性分類表

表2 頂煤冒放性各影響因素權重分配表

表3 頂煤冒放性各影響因素的隸屬度取值表

μ=0.85×0.23+0.8×0.12+0.6× 0.1+0.85×0.14+0.85×0.14+0.8× 0.12+0.8×0.15=0.81

根據上列公式結果，程莊煤礦15302綜采工作面頂煤冒放性屬“中等”。

四、頂板支護設計和頂板來壓安全措施

1.工作面支護

15302綜采工作面設計采用121架ZF4400-17/30型放頂煤液壓支架和6架ZFG4800-19/32型過渡支架（實現了工作面中間支架與端頭臺棚支護的過渡）聯合支護頂板，共127架。支架的中心距為1.5m，工作面最大控頂距4.9m，最小控頂距4.3m。

2.兩順槽超前支護

兩順槽超前維護距離為20m。在進風順槽靠煤溜側支設一趟抬棚超前工作面20m，1梁4柱；若巷道壓力增大、變形嚴重時，必須保證為1梁5柱或6柱。超前支護要依據現場實際，支打3～5路抬棚，柱為單體柱。超前支護必須嚴格按照要求打好、打牢支柱，并成一條直線。所有支柱必須使用規格柱帽，且超前支護工作不能與同一地點其他工作平行作業。

3.端頭支護

工作面上、下端頭各設兩架過渡架管理頂板，前、后溜機頭（尾）用四趟交錯過溜抬棚維護，兩溜中間支設單體柱四排，1梁4柱。若巷道壓力增大、變形嚴重時，可增加單體柱數量，變為1梁5柱或6柱。

4.初次和周期來壓安全措施

根據分析可知，15302綜采工作面頂煤垮落程度較好。

（1）初次來壓。初次來壓時，程莊煤礦成立初次放頂領導小組。帶班班長對工作面上、下順槽支護及頂板動態情況進行巡檢，每2小時檢查一次，發現異常及時匯報并進行處理。

（2）周期來壓。周期來壓前，必須保證兩巷超前支護質量達規程要求，班長及驗收員必須進行巡回檢查，發現有不符合要求的支柱立即重新支設，并嚴格執行頂板管理的有關規定。

（3）頂板壓力觀測。為準確掌握回采工作面液壓支架阻力、老頂初次來壓、周期來壓等相關數據，程莊煤礦在工作面順槽超前及端頭設置檢測站，用壓力檢測儀進行觀測。采取動態分析、專人負責，當發現礦壓顯現異常時，及時向生產技術科和隊值班室匯報，并協助采取相應處理措施。

五、結語

頂板管理是煤炭生產中非常重要的一項基礎工作，不僅關系到煤礦安全狀況，同時關系到煤礦生產經濟效益的提升。加強頂板管理，減少頂板事故，是保證安全生產的一項重要內容。

（作者單位：山西省陽泉市燕龕煤炭有限責任公司）

（責任編輯：周瓊）