煤礦采掘工作面頂板管理的問題研究

（山西省陽泉煤業集團有限責任公司五礦 山西 045200）

在前幾年的煤礦事故統計中，由工作頂板引起的事故占所有事故的三分之一。這迫使我們非常重視在特定的施工作業中對煤礦開采前部的屋頂進行管理，并且承接該項目的公司必須嚴格。控制工作面頂板組成的各個環節，嚴格控制事故發生，積極提高技術水平，增強施工作業的安全性，為采礦作業提供良好的環境。結合我自己的工作經驗和大量的咨詢信息，作者認為應該從以下幾個方面探討這個主題。

1.礦頂板的巖層分類

圖1 圍巖變形

工作面頂板的構造基于圍巖的變形（圖1）。了解煤礦頂板巖層的狀況可以為管理煤礦工作面頂板奠定理論基礎。結合當前巖層和頂板巖層的位置，頂板巖層可分為三種類型：第一是偽頂板巖層，即碳層上方的巖層；它相對較薄，容易因外部影響而崩潰。可能發生煤崩落的現象，發生完全坍塌，該巖層的厚度約為0.3m。第二是直接上巖層。直接上層巖層通常位于擬上層巖層之上，其中一些也存在于煤層之上。它的主要成分是頁巖和砂巖，它們也比較脆，容易倒塌，特別是在煤礦中。開挖工作完成后移開支撐物，會影響巖層的穩定性。第三是古老的上層巖石層，它位于直接上層巖石層之上，但不與直接上層巖石層直接接觸。與前兩種類型相比，它更硬且具有一定的厚度。該層的穩定性更好。它不太可能受到上層巖石直接塌陷的影響，并且不會在開挖上方保持裸露區域。基于以上認識，我們將工作面屋面分為軟屋面，中垂屋面和硬屋面。了解頂巖層的分類可以提高礦山管理的安全性。

2.礦采掘工作面頂板問題研究

(1)煤壁冒頂問題

在煤礦開采中，由于煤層頂板中會產生一些裂縫，使得巖石的結構發生變化，煤礦開采過程中會有振動產生，所以煤礦所受壓力會重新進行分布面出現問題，并且支撐結構的穩定性不符合安全標準，可能會導致工作面出現問題。頂板塌陷發生在煤墻上，因此，應采用及時合理的支護方法，并應動態監測頂板壓力。

(2)梁端頭冒頂問題

在煤礦開采過程中，機器頭部或尾部的位置經常移動，從而導致該位置的機架反復移動，并且屋頂反復傾斜。同時，煤礦開采的主要壓力會相互疊加在一起，使得工作面兩端的壓力全部集中在頂板上。同時，工作面和所連接的軌道的支撐不符合施工要求，則也可能會在現場造成車頂掉落問題。因此，這是管理采礦區頂板的關鍵步驟。

(3)工作面放頂線冒頂問題

圖2 工作面冒頂支護

隨著采煤的不斷推進，采煤前緣的頂板將明顯下陷，當巖層中有一層巖石時，它會不穩定并在回采作業中移動，將對支架產生嚴重影響。另外，在撤回支柱時，如果將所有支柱拆除，則屋頂可能會塌陷并倒下，威脅到操作人員的安全，因此有必要在此環節加強屋頂安全管理。

(4)掘進工作面煤(巖)壁冒頂問題

在掘進工作面的煤（巖石）破碎操作（爆破）期間，破碎的煤（巖石）可能在路頭頂部生成。因為它與碳素體（巖石）之間的連接被破壞，所以一旦支撐物未達到設計強度，碳素體（巖石）可能會塌陷造成安全事故。另外，掘進作業要有足夠的支撐阻力，并且要及時的支撐掘進工作面的相應頂板，否則會導致頂板掉落。

(5)交岔巷道冒頂問題

由于在采礦和挖掘活動中需要修建道路交叉口，并且道路交叉口的跨度必須大，而且還要有較高的應力，所以非常容易出現屋頂掉落的事情。特別是在支撐力不發生改變的時候，屋頂掉落事故出現的可能性很高，例如碳（巖石）體的分離和屋頂的掉落，并且這種事故的隱患很難盡早發現，使其成為屋頂管理的關鍵。

(6)地質構造面冒頂問題

煤礦企業在進行井下開采工作時，時常會發生諸如斷層，褶皺，灌叢帶，塌陷柱等地質構造帶。由于原位應力的影響，這些地質構造區發育出煤（巖）裂，集中應力和壓力支撐。容量低，當地質量數據不清楚，支撐方法和強度選擇不當以及屋頂墜落情況非常容易出現，造成屋頂很難進行管理。

3.煤礦采掘工作面頂板管理問題的解決策略

(1)逐漸完善頂板管理機制

煤礦企業需要非常注重頂板的妥善管理，以預防頂板管理工作為重點，切實減少頂板墜落事故的發生。煤礦企業應該不斷完善支護措施，合理的使用高強度支護，密閉支護，端部支護，切屑支護和特殊支護等措施。有很多方法可以確保采礦作業的安全性。同時，在開采過程中，應進行定期檢查，并采取薄屋頂管理措施，以確保支護的安全性和可靠性，以避免發生事故和財產損失。

(2)掘進地質構造帶頂板管理措施

在隧道施工作業中，應采用高強度的支撐方法從結構表面支撐和操縱頂板，以免發生嚴重的安全事故，例如從頂板墜落。目前，在隧道工作面最常使用它來進行或推進對結構帶的勘探和支撐，以確保采礦作業的安全。這種支撐方法不僅易于操作，而且可以有效地支撐較大的屋頂面積，還可以與局部回填和水泥技術相結合，以提高屋頂結構的完整性。應注意地質構造帶支持方法的選擇。有必要了解地質構造，床層發育程度和煤（巖）體的承載阻力，并結合車道的寬度和高度以及煤層的壓力合理選擇支撐方法。

(3)地質構造帶頂板管理措施

煤礦企業需要安排有較多經驗的專業技術人員來沖擊工作面的頂部和碳壁，以準確確定是否存在諸如浮碳分離或脈石的問題。降低頂板壓力時，施工人員應根據端面距離的實際長度設置頂板高度，并將矩形木材和其他材料與木炭墻平行放置。操作員還可以采用液壓前向掃描伸縮梁或擋泥板作為支撐，以防止二次屋頂墜落事故。此外，前探測梁應與鋼針和臨時支柱的插入相結合，以及時支撐屋頂，以確保屋頂結構的安全性和穩定性。

(4)煤礦采掘工作面巷道頂板管理措施

圖3 巷道支護

在管理采煤工作面和巷道頂板的安全中，首先要堅持預防管理的原則，合理選擇合理的支護方法，以確保采礦工作的安全。①在煤礦巷道的支護作業（圖3）中，所采用的剛性支座應盡可能選擇功能可調的裝置或扣環式的裝置。其中，拱形閂鎖式金屬支架可以有效地提高屋頂結構的穩定性，并具有較好的支撐效果，這就是為什么它被廣泛使用的原因。如果采用螺栓和噴射混凝土支撐方法，則應盡可能采用預應力螺栓（錨索）型支撐。②在煤礦基坑施工中，當基坑前部煤（巖）的硬度滿足使用前梁的條件時，應盡量采用前梁盡可能地進行施工。最常見的前探測光束包括單光束，三回路和懸吊式，而一光束三回路的前探測光束已在現在的煤礦采煤實踐中進行普遍的使用。③當開挖道路的屋頂主要為頁巖時，疏松區通常距井頭約30m，其延伸范圍通常在0.5m至1.2m之間。當煤礦開挖道路的頂板主要是石灰石時，松散圓通常距離道路70m，松散范圍主要是大約0.4m。此外，錨的強度必須控制在60kN至90kN之間。④在采煤工作面頂板的管理中，應積極采用小鉆，小載荷，小錨桿三大支護技術，特別是在應用錨網，錨桿等材料后。錨形梯形鋼梁，其支撐效果可進一步增強。此外，噴砂噴射混凝土技術也是吊頂支架中有效的支撐方式，可以有效提高吊頂支架的整體性和穩定性。

4.結束語

綜上所述，通過研究不難發現管理煤礦開掘工作面頂板管理的重要性隨著科學技術的不斷進步，煤礦開采也進入了一個新的時代，日益分層和安全。盡管仍然存在許多尚未解決的煤礦開采分散問題，但作者相信，通過不斷努力煤礦開采行業將在未來變得更安全，更高效。