煤礦井下掘進作業面頂板的管理探究

張 寧 馮青林

（鐵法能源公司鐵煤集團礦建公司，遼寧 調兵山 112700）

煤礦開采環節中最重要的工作就是強化生產作業的安全管理。掘進作業面頂板的支護問題成為煤礦開采事故發生的主要因素，其中根據調查發現，煤礦產量在近幾年中呈現增長的趨勢，煤礦事故也不斷發生，死亡人數倍增[1]。因此，為了進一步降低煤礦企業事故發生率，應做好頂板管理的工作，通過強化頂板支護設計和材料管理，加強頂板監測和維護等措施，從而防止煤礦掘進作業頂板管理時出現冒頂問題，避免嚴重威脅到工作人員的生命安全，為煤礦企業的安全生產保駕護航。

1 掘進工作面頂板管理的重要性

煤礦掘進作業中加強對頂板支護的管理能提升煤礦生產的安全性和有效性。主要是因為井下掘進工作經常會受外力的影響，使圍巖結構出現變化，如：失衡問題和生態環境被破壞的問題。當圍巖結構自身應變力發生一定的變化后，煤礦企業如果沒有加強對頂板支護的管理，將會出現安全問題。同時，掘進作業面施工時如果沒有加強對頂板的管理，缺乏對頂板的監測和維護，也將會引發安全事故。因此，煤礦掘進面頂板管理過程中通過加大對頂板支護的管理、頂板的監測和維護等，對保障煤礦掘進作業面的施工質量，強化煤礦開采的安全性等將發揮出重要的作用和影響。

2 煤礦井下掘進作業面頂板施工時存在的問題

2.1 環境問題

我國地大物博，地域范圍較為廣闊，這就導致不同地區的地質構造是不同的，而煤礦資源也會受到這些復雜地質的構造影響，進而產生頂板事故[2]。例如：煤礦生產時受到自然環境和地質構造的影響，地帶會因為地質構造遭到較大破壞，頂板出現冒落和漏頂的問題，進而加大了煤礦掘進作業面頂板的安全風險。

2.2 材料問題

煤礦井下掘進作業的特征主要表現為：技術性強、專業性強，掘進作業所使用的支護材料和技術等都會對頂板的安全性產生一定的影響。再加上煤礦井下的作業較為復雜，管理者應積極采取有效的管理對策，選擇適合的材料，優化支護技術，從而全面保障頂板的施工安全。

1.支護問題。支護過程中使用的材料主要包括砂子、石子和水泥、金屬支架、錨固材料等，如果頂板支護時沒有嚴格按照標準和規范選擇合格的支護材料，將會導致材料使用過程中出現變形、折斷等，進而長時間作用下發生頂板事故。另外，支護材料使用時使用了失效的材料等，也將會出現頂板事故。眾所周知，工程質量的好壞直接關乎煤礦掘進過程中的安全性，當出現支架規格不合規、錨噴質量較差等問題時，將會導致頂板面由于工程質量不合格的問題出現人員的傷亡。

2.支護技術問題和裝備問題。一些煤礦企業的掘進設備較為落后、裝配水平較低等，這些都是煤礦企業出現頂板事故的主要因素。

2.3 冒頂問題

掘進作業施工時需配合采煤機進行工作，并且作業時還會進行部分支護拆除的工序，在支護拆除過程中，管理人員和工作人員如果沒有加大對頂板的管理，很容易導致頂板出現松動的問題。同時，由于掘進作業面的支撐力不足，將會導致頂部出現塌陷的風險。另外，巷道位置進行掘進作業時，也會受到支護措施不完善等方面的影響，導致頂部出現巖體的塌陷，尤其是支護不夠穩定時巖體將會出現冒落的情況，進而導致煤礦掘進時出現安全問題[3]。

2.4 管理現場的問題

煤礦井下掘進作業中出現安全事故的主要原因還與管理人員的管理意識不足、管理人員技術能力不足、現場管理過程中出現違章作業等有直接關系。其詳細情況如下：

第一，管理人員沒有將頂板管理工作納入到日常的管理中，對于相關人員是否按照規范操作等沒有引起高度的重視。第二，缺乏建立完善的頂板管理方案和工程質量管理方案，難以對頂板發生事故的責任進行明確的劃分。第三，缺乏對管理人員和技術人員的培訓和管理。第四，沒有對頂板事故發生的原因進行分析，導致防范能力不斷下降。另外，從現場管理的情況上看，一些技術人員常常不按照標準施工，導致在生產作業時，出現了違章作業的情況。例如：針對斷層處，沒有加強對四角門、三岔門的管理和重點保護。

除了這些問題，掘進施工作業時，還存在監察不到位和養護不到位等情況，沒有及時制止一些事故的發生，導致事故問題越來越嚴重，給煤礦企業帶來不良的影響。

3 煤礦井下掘進作業面頂板管理的優化對策

3.1 結合地質條件，優化頂板支護

掘進面支護過程中和頂板管理時，應結合當地的特殊環境和地質條件，優化頂板支護，這樣才能進一步對巷道的安全進行保護。因此，針對復雜的地質因素，煤礦企業管理人員應對關鍵位置等進行支護加固，進而保護好巷道的安全性，避免煤礦井下掘進作業時受到圍巖應力的影響而出現生產和安全問題[4]。

其一，管理方面，煤礦企業應結合巷道巖性，選擇適合的支護方式。例如：支護過程中應用光爆錨噴技術對軟巖和硬巖類型的巷道進行支護，并使用鉆頭和小錨桿等開展作業，在其相互作用和配合下，加大對巷道位置頂板的安全管理。對于一些巷道松動的情況，需結合巷道地質的類型開展優化設計。巷道屬于砂巖地質，如果巷道遠離掘進頭時，其松動的范圍應設置在1-1.2m；如果巷道屬于泥巖地質時，與掘進頭相差30m 時，其松動的范圍應設置在1-1.2m；如果巷道是由泥巖頁巖地質構成時，與掘進頭相差30m 時，其松動范圍應設置為1.2-1.4m。如表1 所示：

表1 巷道松動范圍

其二，解決大斷面或者大斷面巷道掘進過程中，施工時很容易出現冒頂和離層的問題，頂板支護過程中，管理人員應結合掘進的位置和斷層的情況，對這些情況進行考慮。并且頂板支護時，也需要選擇一套緩沖的裝置，從而使圍巖壓力降低，不會因為壓力過大造成冒頂等問題。在開展斷面的支護時，施工作業時也可以采用液壓支柱+架棚+錨帶網+錨索等支護的方式，如圖1 所示：

圖1 支護方案

巖層與網有效的結合到一起后，能有效保障頂板的穩定性，在充分發揮出組合梁的作用基礎上將錨索直接固定于頂板之中，從而使組合梁更加穩定。借助液壓支護，避免組合梁發生變形的問題，提升支撐的效果，達到對頂板的管理和保護，使掘進作業更具有安全性。

3.2 支護材料的管理為開展掘進作業提供保障基礎

對于巷道支護材料的管理，應結合巷道的形狀對支護材料進行選擇，其主要從以下方面進行管理：第一，巷道如果是矩形的錨網狀時，可以使用2 根型號Φ22的圓鋼進行施工作業，并搭配與圓鋼同樣材質的螺帽吊環，共同搭配下，形成新的支護材料。采用雙層焊接的方式，將螺帽吊環和圓鋼進行焊接。第二，當巷道的寬度大于5.5m 時，可以使用前探梁（3 根），將梁與梁之間的距離控制在1.5-2.0m 范圍內，其中臨時支護的大板規格可以控制在4.0m×0.3m×0.03m。第三，巷道如果是架棚或者拱形的形狀，應采用卡子將前探梁進行固定，其固定的位置就是鵬梁上，保障梁與梁之間的間距控制在1.2m 左右。對于架棚巷道，需結合巷道的寬度等，選擇出適合的支護材料，并設計好材料的規格。例如：當巷道的寬度要大于5m 時，大板規格應該為3.0m×0.3m×0.03m。必要情況下，如果特殊的巷道，應開展臨時的支護，結合地質構造的基本特征，進一步加強支護的管理。而當斷面或者底板之間的間距都大于1.5m 時，應做好防護的工作，使梁間距和前探梁間距保持一致。

同時，材料使用之前管理人員還應檢查支護材料的外觀、規格材料是否合理等問題，待到這些材料驗收合格之后方能投入到現場使用，開始作業。鋪設的網片在連接和吊環安裝時，應對這些設備安裝質量等進行檢驗，保障吊環安裝更加緊固、安全[5]。

3.3 作業現場的有效監督管理，保障生產安全

3.3.1 施工工序的管控

煤礦企業在對掘進巷道進行施工管理時，應加大管理的力度，對現場的施工情況進行控制。例如：督促施工人員嚴格按照施工的工序開展施工，并對每一個員工的崗位職責進行監督，保障這些人員能結合作業要求和安全規范等進行施工，避免在作業時出現違章作業的情況，從而全面保障施工的質量。

3.3.2 加大對施工現場的有效管控和檢查

（1）煤礦企業在開展掘進工作時需要在企業相關人員的領導下，結合管理制度，高質量地完成上級安排的任務。（2）在工作時管理人員通過對施工現場的有效檢查，保障能將煤礦掘進頂板管理作為重中之重，加大對巷道支護設備的檢查和排查，能直接了解設備是否完備，從而提早做出防范措施，降低安全風險的發生。（3）掘進工作之前管理人員應盡早做出預報的工作和地質預測的工作，及時掌握巷道內地質的情況，在形成說明書后，對于特殊的地質條件應出具探勘的項目書，盡量將地質情況說仔細、說明白。（4）掘進作業工作根據以上的說明書，最終確定好掘進的工作流程。并且，管理人員也應該做好巷道的支護，保障掘進時不會由于支護問題出現相應的事故和安全風險。（5）煤礦開采過程中的每一位工作人員都應結合掘進的流程、支護技術要求等，組織學習相關工作，這樣能有效保障掘進施工的質量。尤其是在施工過程中，煤礦企業還應開展安全管理培訓等，從而提升煤礦企業相關人員的安全意識，降低安全事故的發生。待到這些人員學習一段時間后，將責任劃分到每一個人身上，并利用懲罰和獎懲機制，以提升這些人員的工作動力和責任意識，使其高質量地完成頂板支護管理工作。

3.4 開展監測工作，提升頂板管理的質量

頂板管理時通過對以下環節進行監測，能有效改善支護的質量，降低安全風險的發生。其主要表現為：（1）針對掘進過程中的支護環節進行檢測。例如：管理人員借助監測的設備和裝置對頂板結構開展監測。（2）合理設置監測點，并監控好設備的運行情況，及時掌握好頂板支護的施工情況，從而對支護時可能存在的風險做出盡早的判斷，有效改善支護的質量。（3）對煤柱的大小情況展開有效監測，避免其受力問題影響到煤柱的穩定性。例如：掘進作業面工作時巷道作業會產生一定的荷載，如果荷載超過標準范圍，將直接影響煤柱的穩定性和安全性。（4）掘進作業面頂板管理時應采用先進的管理手段，全方位地掌握煤礦企業施工的情況，再利用新的工藝和技術等，使支護結構管理更加有效。對于一些老的設備或者工藝等，管理人員在全面考量后開展對支護管理的有效監督，保障不同巖質 掘進作業面受力更加合理。（5）利用頂板結構動態監測的設備，防止支護結構由于受到較大壓力的影響，導致支護結構不夠安全、穩定。

3.5 積極開展對掘進作業面頂板的維修

頂板在長期的使用過程中，會產生一定的損害，因此管理人員在開展頂板管理時需做好定期維修的工作，并結合當前巷道頂板施工的情況，制定相對完善的維修體系[6]。同時，維修人員還應掌握更多關于技術方面的問題，針對維修的人員，必要情況下做好技能的培訓和素質的培訓，這樣做的目的就是增強維護的質量和效率。另外，巷道支護在調整和更換時，可以借此機會對其支護進行維護，加強對整個維護的監督，旨在能確保維護的質量，還能為后期降低風險事故的發生率，為保護好維護人員的人身安全等奠定堅實的基礎。

4 總結

煤礦開采掘進過程中，受到地質結構和管理效率等方面影響，安全問題難以得到有效保障。同時頂板事故是煤礦開采掘進過程中經常出現的事故類型，如果煤礦企業沒有加大對煤礦開采掘進作業面頂板的管理，將會造成嚴重的后果。對此本文結合煤礦開采掘進過程中可能出現的頂板問題進行了全面剖析，通過做好支護管理，制定嚴格的支護管理方案和技術要求，做好頂板管理的監督和維護等，從而提升頂板的管理質量，為煤礦掘進工作保駕護航。