淺談過地質構造時采煤工作面的頂板支護

胡志遠

摘 要：在地質構造不同的條件下，頂板巖層的狀態(tài)和性質對開采煤礦的安全產生較大影響，特別是遇到陷落柱、節(jié)理和遇斷層等復雜地質構造時，加強工作面的頂板支護，對采煤過程中的安全管理問題尤為重要。本文通過對工作面頂板支護技術和地質構造的現(xiàn)狀加以分析，探討如何有效保障工作面頂板支護安全。

關鍵詞：頂板支護；采煤工作面；地質構造過斷層

中圖分類號：TD823 文獻標識碼：A

在開采煤礦的過程中時常會出現(xiàn)冒頂事故，該事故對采煤工作面的影響較大，是安全生產的極大隱患。隨著采煤工作面的不斷變化（向前、移動、加深）情況，頂板條件和壓力也會隨著地質結構的變化發(fā)生變化，工作面的狀態(tài)一直是動態(tài)循環(huán)狀態(tài)，在遇到陷落柱、節(jié)理、遇斷層等復雜構造時，頂板發(fā)生的變化更為劇烈，所以，在采煤過程中，頂板的支護尤為重要。頂板的支護不僅能保證施工人員的人身安全，還能根據(jù)不同地質條件的變動，最大程度地保障開采工作安全，提高開采效率。

一、遇過斷層情況

遇到過斷層之前，煤層表面通常會出現(xiàn)一些前兆。例如工作面傾斜、煤層節(jié)理面增多及煤層走向改變等。這些現(xiàn)象對工作面上下板棚會產生破壞性影響。使煤層煤量減少、煤質變軟，煤層層理不清，光澤變暗，還會發(fā)生瓦斯流出等嚴重情況。

1.過斷層：（1） 繞過斷層方法。繞過斷層方法通常在斷層過大的工作面中較為常用。因其斷層落差大，影響范圍也隨之變大，所以必須明確斷層范圍及區(qū)域，繞過斷層區(qū)域挖掘新的采煤切口。采煤過程中遇到斷層區(qū)域，應立即停止采煤操作，重新尋找采煤切口再進行開采，確保安全施工，同時提高煤礦資源的開采效率。（2）硬過斷層方法。硬過斷層方法通常在斷層較小的工作面中較為常用。斷層工作面處的煤質通常較松軟，再加上大量澆水等原因，極易發(fā)生冒頂事故。為了避免事故發(fā)生，我們通常會采用硬過斷層方法，這樣可以有效避免冒頂事故，保證采煤施工安全性。

2.單體支柱工作面遇硬過斷層方法。單體支柱工作面遇過斷層時，應確定采煤面與斷層角度。當斷層與工作面煤壁角度較小時，破碎范圍就越廣，對頂棚維護的難度越大。情況允許的條件下，應對煤采煤面與斷層角度進行適當調整。頂棚穩(wěn)定時，應保持在25°～35°范圍內，頂棚不穩(wěn)定時，應保持在35°～45°范圍內。縮短工作面斷層距離，在過斷層之后，再對切口進行填平復原。在頂板支護完好無損的情況下，斷層位置較低時，不需要對過斷層采取特殊措施。在采煤過程中，會存在傾斜開采的情況，這時可以通過調整斷層來設置開采高度。硬過斷層時，斷層工作面處的煤質通常較松軟，導致機器設備難以輸送進去。這時應增加頂板厚度及支撐力，進行挑頂處理，保證頂板坡度可以緩慢變化，從而確保安全性。

斷層較小時，頂板支護主要有以下幾種方式：（1）帶帽點柱。帶帽點柱通常用在斷層落差較小、頂板及斷層面較為平整的采煤工作面。（2）木垛。木垛較適用于斷層區(qū)域巖石破碎較為嚴重及頂板壓力較大的情況下。木垛通常會設置在采煤工作面兩側及斷層暴露較多的區(qū)域。（3）橫板棚。工作面頂板較為破碎的情況下，可采用橫板棚進行支護。橫板棚間的距離應保持一定間距，在頂板壓力較大的情況下，可根據(jù)實際情況對橫板棚進行適當調整，確保可以安全支護。臥底過斷層如頂煤煤質比較松軟，可以先打前拖梁，再以從下向上的方式釘木垛。遇過斷層時，打孔應盡量不要太深，并在周圍設置小炮，在斷層周圍區(qū)域禁止置防大炮。在置頂時合理計算距離，盡量一次性全部收回支架。

二、過陷落柱

由于巖石坍塌形成的細小碎石稱之為陷落柱。采煤過程遇陷落柱情況時，工作面煤質會被細小碎石覆蓋，這種情況又叫無煤柱現(xiàn)象。由于陷落柱周圍頂板破碎程度相對較大，這種情況下極易引發(fā)冒頂事故。

過陷落柱與過斷層的前兆及現(xiàn)象反應基本相同。不同之處是陷落柱呈鋸齒形狀，相對于過斷層，陷落柱邊緣較為凹凸不平，其物質主要是各種碎石，斷層附近則基本都是巖石物質。陷落柱范圍較大時，應采用探巷法對范圍進行探測，另外開采切口，避開陷落柱區(qū)域。陷落柱范圍較小時，應明確破碎具體區(qū)域，根據(jù)巖石破碎嚴重程度，采取有效的補救措施。陷落柱巖石破碎較為嚴重時，可采取橫板棚支護方式，棚距控制在0.5m以下的范圍，避免造成頂板暴露的現(xiàn)象。在過陷落柱時，巖石和陷落柱的邊緣應架置木垛來配合支撐。過陷落柱應由專業(yè)技術人員操作，提前進行大眼放炮，做好準備工作推進工作進度，防止破壞支撐柱梁，使開采工作能正常運行。

三、采煤工作面過沖刷帶

在開采煤礦時，覆蓋元煤層的物質被水質沖刷掉，經過長時間累積沉淀，在煤層表面會形成一層新棚，即為沖刷帶。在遇到沖刷帶之前通常會有明顯的預兆，例如煤層厚度大面積變薄或變松軟，沖刷帶附近區(qū)域煤層受水侵蝕發(fā)生巖石風化，煤層疏松變薄變脆，孔隙擴大。在采煤工作面中遇到沖刷帶的范圍較大。由于沖刷帶煤層變薄、變脆或直接破碎，離層后容易產生離層垮塌的現(xiàn)象。因此對頂板需采取必要的支撐措施才能避免不良現(xiàn)象的發(fā)生。工作面在遇到沖刷帶時，必須對頂板實施大面積支撐置架。防止頂板垮塌和冒頂事故。對沖刷帶周圍區(qū)域，應加大保護措施并增加保護裝置，進一步預防冒頂事故的發(fā)生。

過沖刷帶時，應調整沖刷帶頂棚距離，縮小至最短距離，并及時維護沖刷帶區(qū)域的支架及頂棚。增加木垛和支架的架置數(shù)量，在采高較大的情況下，應打戧柱或架設戧棚。

四、采煤工作面過節(jié)理

節(jié)理是指斷裂面兩側巖石斷裂的構造，又稱裂隙。其結構形式較為規(guī)律，在開采巖石中，通常會以節(jié)理地質構造優(yōu)先進行開采。

五、頂板分類

由于頂板事故的頻發(fā)，會經常出現(xiàn)巖石脫落現(xiàn)象，再加上開采人員的工作疏忽，甚至會使采煤工作面大范圍冒頂。該現(xiàn)象頻發(fā)的主要原因為煤層上有很多不同壓力不同性質的巖石，也就是煤層頂板。從上至下分為（老頂-直接頂-偽頂，見表1）。老頂由堅硬巖石所組成，直接頂由砂質泥巖所組成，兩者都具備相對的穩(wěn)定性，在遇到節(jié)理、斷層等地質構造時，頂板支護實施最佳的支護方式，頂板支護的效果好壞，直接影響事故的發(fā)生概率和頻率。偽頂則是由松軟的巖石所組成，其巖層非常薄，會隨著開采而脫落，影響采煤質量。

六、頂板支護的類型

在開采過程中，常遇到傾向和走向出現(xiàn)變化的情況，煤層松軟失去光澤，并時常出現(xiàn)巖溶和崩塌作用形成的巖石堆積體等等現(xiàn)象。對頂板進行適當支護才能確保煤層開采安全施工。不同的地理環(huán)境和地質構造，支護的方式也相應不同。支架和支柱的建立和使用，都是在開采實踐中，通過對巖層壓力計算得來。

1.端頭頂板支護。在基礎支護上，多人配合將機頭機尾支架拉移，工作面與端頭支柱的推進保持一致，木柱帽方向與巷道方向保持垂直。

2.側頂板支護。側頂板支護通常采用雙排支柱的方式，在配合后排支柱的同時，使支架水平方向與支架高度保持一致。在回撤支柱時，操作人員必須保持安全距離進行回撤，按照先支后回的原則，用專業(yè)工具將側面支柱取出，然后把回撤支柱按標準支好，為了確保操作人員安全，應先把支柱移出再進行移架。

結語

在全面提倡安全施工的今天，煤礦開采屬于危險系數(shù)極高的行業(yè)，應更加注意開采工作的安全問題。頂板支護是防止事故發(fā)生的重要措施，在開采工作中重視頂板支護技術，重點發(fā)展頂板支護技術，堅持安全生產原則，能更好地促進開采行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

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