淺談煤礦回采工作面礦壓與頂板管理

摘 要：采煤工作面破碎頂板端面冒頂是影響安全及生產效率的重要原因，該文分析其內外因素，采取相應措施，加強頂板控制，降低冒頂事故，實現安全、高產、高效，本文深入分析了回采工作面頂板控制存在的問題，探討了工作面頂板的控制方法。

關鍵詞：回采工作面；礦壓；頂板管理

1、回采工作面頂板分類

1.1 頂板分類

（1）偽頂。位于煤層之上的炭質、泥巖巖層，一般厚度在0.3—0.5米以下，隨采隨冒，允許暴露面積和時間較短。

（2）直接頂。位于偽頂或煤層上面，由一層或幾層巖石組成，其巖性一般是頁巖、砂質頁巖或砂巖，厚度從幾米到十幾米不等。在回柱或移架后直接定一般能自動垮落。

（3）老頂。老頂也稱大頂，位于直接頂之上，厚度大于2米，單向抗壓強度大于（5.8840-7.8453）×107帕節理裂隙不發育，自然分層厚度比較大，整體性較強。它的初次來呀步距大于25米。對工作面具有強烈的初次和周期來壓作用。

1.2 頂板分類的意義

（1）指導回采工作面的頂板管理。

（2）選擇液壓支架型式、單體支柱支護方法和采空區處理措施。

（3）確定液壓支架的工作參數和單體支柱的支護強度。

（4）制定工作面的安全操作規程，減少頂板事故，為高產、高效和降低成本創造條件。

2.礦山壓力及其危害

巖體在采動前，由于巖層本身的自重的作用而產生了力。這種力是平衡的，因而引起了巖體內部的應力。當在煤層中開掘向導或進行回采以后，就破壞了原來的平衡，引起了巖體內部應力的重新分布。當重新分布后的作用力超過了煤巖的強度，則巷道及回采工作面周圍的巖體就會發生變形、破壞神之垮落。所謂礦山壓力，就是指由于開采后所引起的巷道及回采工作面周圍巖體內的力及其作用的過程。在礦山壓力作用下主要表現為：

（1）頂板下沉，產生裂隙，發生局部冒頂或大面積冒頂。

（2）工作面內的支架變形、折斷或使立柱插入地板巖石內。

（3）在傾角較大的采煤工作面，發生底板鼓起、滑動等現象。

（4）工作面的煤壁片幫，滑落，或煤巖被壓出等現象。

這些現象的發生是由于礦山壓力作用，使圍巖、煤體和各種人工支撐物產生的種種力學現象統稱為“礦山壓力顯現”。礦山壓力顯現會給地下開采工作造成不同程度的危害，影響正常的開采工作和安全生產，造成工作面垮塌，發生人員傷亡事故，因此要進行礦壓觀測。

3.礦壓觀測的主要目的

礦壓觀測就是在生產現場對一切礦壓顯現進行觀察和測量。從而分析得出地質、生產技術因素與礦壓顯現間的關系，用以解決具體生產技術問題。事實證明，支架的結構與運行方式適應于礦山壓力，就為工作面生產實現高產、高效創造了條件，否則就會嚴重影響生產。回采工作面現場礦壓觀測的主要目的為：

（1）觀測研究頂板來壓規律，預報來壓時間、步距和強度，以便根據來壓特點改進頂板管理工作，達到提高效率和安全生產的目的。

（2）根據礦壓觀測資料，合理確定支架結構、架型、工作阻力、支柱可縮量、采煤機械的結構尺寸等，以便采煤工作面支架的選型和新型支架及采煤機械的研制提供技術資料。

（3）根據礦壓觀測資料，研究工作面采動影響的規律，為鄰近采區、鄰近工作面及鄰近煤層的回采順序、采煤方法確定，以及煤柱的合理留設提供技術資料，以便保證安全生產，減少煤炭損失，提高技術經濟效益。

4.回采工作面頂板控制存在的問題

頂板管理是煤礦開采的主要技術之一，礦壓顯現規律及其控制技術是我國煤礦開采迫切需要解決的課題，此課題的研究對我國的煤炭工業的發展有著重要的意義。尤其是隨著采掘深度的增大，采場控制問題更加突出，研究回采工作面的礦壓顯現規律就顯得更為重要，這對做好頂板事故的預防有著重要的意義。

（1）采煤工藝落后，頂板管理不到位。不少煤礦井下巷道與回采工作面的支護方式采用木支護，使之支護強度低，初撐力達不到要求，而工作面的回采工藝仍然采用巷道式，頂板管理方式落后，造成頂板事故頻繁發生，給煤礦帶來很大的經濟損失和人員傷亡。

（2）支護穩定性問題比較突出。當煤層頂板為復合型頂板時，由于支架穩定性、支護不到位或頂板裂隙的影響，頂板巖層中就會出現與上位硬巖離層。因局部冒頂或別的因素影響，斷塊有可能沿煤層層面傾斜方向向下移動，從而產生對支架或支柱向下的推力。煤層傾角越大，推力越大，支架或支柱也最容易被推倒。當工作面仰斜布置時，頂板巖石斷塊就有可能沿層面向老塘方向運動，而推倒支架或支柱，造成工作面大面積冒頂，導致頂板事故發生。

（3）沖擊地壓影響。采場周圍的圍巖一般受到上覆巖層的自重應力、煤柱引起的支承壓力、堅硬頂板斷裂失穩產生的巨大沖擊力，也就是說前面兩種應力的藕合疊加形成高應力場，在該高應力場中，一旦堅硬頂板斷裂失穩，所產生的巨大的瞬間沖擊力將誘發采場中的能量釋放，而產生沖擊地壓。如果回采工作面還存在斷層或構造等的附加應力，沖擊地壓的發生的幾率將會增大，而且強度也更加劇烈。沖擊地壓在深部礦井尤其堅硬頂板條件下發生的幾率遠大于中、淺部礦井的煤層，而且強度和危害程度也明顯增大。

5.回采工作面頂板控制的方法

（1）垮落法。使采空區選露頂板垮落后充填采空區的巖層控制方法叫垮落法。這種頂板控制方法是隨著工作面向前推進，有計劃的通過從將要廢棄空間撤出支柱或支架的回柱或移架工序，使直接頂巖層自行垮落，以減少直接頂懸梁的長度與重量。同時垮落的松散巖塊充填采空區，制成基本頂巖層限制其劇烈活動與大幅度的下沉，減小工作面頂板壓力，并保證安全生產。

（2）緩慢下沉法。在采空區后方利用頂板下沉和底板隆起的特性任其自然合攏的巖層控制方法叫緩慢下沉法，這種方法適于頂板巖層韌性較大的薄煤層工作面。

（3）煤柱支撐法。煤柱支撐法適用于頂板巖石特別堅硬，人工強制放頂也很難垮落的頂板條件。這種方法雖然簡化了采空區處理工作，避免了周期來壓對工作面的影響，但損失大量煤炭，工作面采出率很低。

6.結語

總之，隨著煤炭企業的縱深開采，回采工作面的正常開采和頂板管理越來越難，因此建議煤礦與科研單位合作，通過理論研究和實測研究成果，提出符合實際條件的采場支護設計，確保回采工作面的安全開采。

參考文獻：

[1]勾攀峰，胡有光.斷層附近回采巷道頂板巖層運動特征研究[J].采礦與安全工程學報，2006，23（3）.

作者簡介：

姚玖成， 1987年出生，男，助力工程師，現工作于黑龍江省龍煤鶴崗礦業有限責任公司峻德煤礦，主要從事采礦技術及管理工作。