回采工作面支護及頂板控制措施

趙永明

（山西省煤礦安全保障中心，山西 太原 030009）

頂板事故是煤礦開采比較多發的事故，這是由于煤礦的環境本身比較復雜，此外防護工作做的不到位導致的。作為防止頂板事故、保障煤礦生產安全的有效措施，頂板支護需要根據煤礦工作面的實際情況，選擇不同的頂板支護類型及方法。但當前仍有部分煤礦企業，存在著頂板支護管理上的漏洞，因此對頂板支護開展控制與指導就變得勢在必行。

1 回采工作面頂板支護及控制技術要點

支架是回采工作面頂板支護首選的方式，支架能保障回采有充足的工作空間，并且也能平衡采空區的頂板壓力，但同時也需要工作區具備基礎條件，保障支架能發揮出應有作用：①可伸縮性是工作面必備的基礎條件；②確保采空區有較高的支撐性能，滿足支架安裝的基礎需求；③工作面的支撐力和可縮性之間，需要存在一定關系。在滿足上述三個條件的基礎上，才能有效安裝支架。

而回采工作面頂板支護及控制技術要點，則集中在支架及頂板支護方式的選擇上。選擇支架時需要著重關注支架的類型、規格和工作阻力，才能確定能滿足工作需求的支架。在當前階段，液壓支架是大多數煤炭企業選用的支架，而根據各企業及煤礦的實際情況，液壓支架也有著支撐式、掩護式和支撐掩護式三種不同的支護形式，此外，由于煤礦頂板各有各的特點，支架作用位置也不盡相同，液壓支架也分為高阻力和大傾角兩種形式。根據巖層頂板的實際情況，結合支架的規格和類型，才能計算出支架能夠支撐的工作阻力大小。工作面的超前支護與順槽支護，也是頂板支護工作不可忽視的重要環節。相較于其他工作而言，這兩項工作較為特殊，超前支護可以將頂板動壓的影響降到最低，保障煤礦開采的安全性，結合支護的距離，選擇使用的支架也有所區分。在支護距離小于5m時，選擇拱形梁、單體液壓支柱；而針對大于5m 但小于20m的超前支護工作，則需要借助梯形梁、單體液壓支柱和雙排金屬鉸接項梁實現。無論是哪種支護形式，都需要選擇十字頂梁，當然，雙向鉸接頂梁也可以起到一定的替代作用，滿足支架對性能上的要求。將錨固系統應用于工作面的順槽斷面，利用較高的強度與預應力，避免順槽支護出現變形，相對而言性價比較高[1]。

回采工作面頂板支護也需要具備一定條件：①在5m 內開展移架工作，并且按照固定的順序進行；②將液壓支架定量和工作面頂板的角度控制在7%以內；③控制好各支架之間的緊密性，確保誤差小于200mm；④液壓支架的初撐力必須高于80%；⑤準備好相應的護頂材料，為松軟頂板的支護做好準備。在滿足以上條件的前提下，才能發揮出頂板支護應有的作用。

2 回采工作面頂板支護原因及解決措施

煤礦井下作業本身就是危險性較高的工作，而頂板事故也比較容易出現。根據頂板事故的具體情況，也可以分為三種不同形式：①壓垮頂板事故，主要是由于支架支撐力不足，頂板壓力相對較高，出現不穩定情況進而導致壓垮事故；②漏冒頂板事故，由于工作面頂板的強弱不同，漏冒頂板事故的發生概率也不同。一般而言，漏冒事故發生于松軟頂板；③推垮事故，順著頂板方向，支架也會承受較高的推力，如果支架缺乏強大的支撐性能，推垮事故也就隨之而來。在大多數情況下，冒頂頂板事故的發生概率是最高的，而結合冒頂具體的范圍和程度，也分為局部和大型冒頂頂板事故。局部冒頂事故的發生范圍較小，但是相對而言會有更高的出現頻率，對人身安全及財產造成的損失較小；大型冒頂事故則完全不同，頂板大范圍運動是大型冒頂事故的誘因，一般呈現壓垮、推垮等形式，對人身安全及財產的損害較大。大型冒頂事故往往會出現在開切眼附近、放頂線附近等不穩定區域，此外，由于缺乏規范嚴格的支護管理工作，也讓大型冒頂事故的發生概率明顯提升。因此，必須采取有效控制措施，防范冒頂事故對財產及人身安全造成無法挽回的損失[2]。

避免頂板事故可以通過兩方面實現，豐富煤礦開采經驗，做好勘察工作，及時采取安全預防措施，以及強化頂板支護控制管理。而頂板事故的安全預防，需要著重掌握兩點：①做好冒頂事故的預防工作，一旦發現頂板掉渣、裂縫、脫層等現象，以及在煤礦開采時聽到不正常的聲音，需要立即停止作業并退出煤礦，做好偵測與觀察，采取合理有效的行動；②掌握敲幫問頂的方法，結合頂板和巖壁的聲音，了解巖層實際情況，為后續作業打好基礎。如果頂板是正常的，在敲擊頂板時會發出清脆的響聲，而如果頂板存在問題，回饋的響聲往往比較空洞，需要進一步觀察和采取支護措施。一旦發生了冒頂事故，需要煤礦企業第一時間采取有效措施，保障被困人員的人身安全，及時開展救援工作，檢測發生冒頂事故的原因，總結經驗教訓，為后續頂板支護管理工作提供參考，也最大限度降低冒頂事故造成的損失。

3 回采工作面支護及頂板控制措施

3.1 構建頂板安全系統，規范管理模式

頂板支護管理工作涉及到四個層面，即工作面設計、液壓支架選擇、液壓支架使用及維護監測工作，這也是構建頂板安全系統的重點。對工作面的設計要保障安全性、科學性，需要有專業的設計團隊負責，深度考察煤礦區域的地質情況，了解煤炭的分布情況及斷層數量、斷層落差等具體數據信息，做好開采前準備，并設計出科學合理的工作巷道結構圖。煤礦地質巖樣分析如圖1所示。

圖1 煤礦地質巖樣分析

在煤礦開采作業過程中，需要嚴格按照結構圖進行，在遇到問題時第一時間商討，合理更新與改進結構圖，這樣才能保障煤礦開采的安全性，也能提升煤礦的開采效率。在選擇液壓支架時，需要根據煤礦工作面的實際情況，參考支架的結構、型號以及成本要素，結合工作實際選擇不同類型的支架，并做出符合工作面的改進。在使用液壓支架時，也需要掌握液壓支架的使用要點，遵守支護的注意事項，規范安裝并使用液壓支架，才能發揮出液壓支架真正的作用和效能，在出現事故時也能第一時間找出原因并采取有效措施。最后是頂板支護的檢修和維護工作，需要根據煤礦開采工作情況，定期對支架開展檢修與維護工作，評估已經使用的支架支護性能，及時發現隱含的風險和問題，并第一時間予以解決，防止造成巨大的損失。在大多數礦井事故中，礦壓變化往往是最主要的原因，構建完善的礦壓檢測系統，及時掌握礦壓的具體變化，也能做出合理調整與維護，確保煤礦生產安全有序推進[3]。

3.2 完善頂板支護過程控制

作為一項系統性工作，過程控制能提升工作面頂板的安全性，在頂板支護控制工作各個環節都能看到過程控制的影子。過程控制主要涵蓋了過空巷、過薄基巖、末采回撤等幾個關鍵性過程。工作面初采時需要承受初次來壓的挑戰，存在一定的懸頂隱患。可以通過PVC管、長短炮眼融合的超深孔爆破強制放頂技術，實現對工作面初采的優化。需要減少工作面懸空物的設置，為初次來壓做好準備，開展及時的檢修工作，確保工作面頂板達到相關標準，能夠承受住壓力沖擊。經驗豐富的工作人員及時根據情況做出判斷，第一時間做好疏散工作。過空巷頂板安全措施有兩點：①合理的空巷設計；②確保空巷的傾斜角為60°，在此基礎上才能開展后續設計工作。確保煤礦底層煤多余頂層煤，才能推進空巷的開采與挖掘，用有效的頂板控制管理措施，保障空巷掘進的安全性。需要強化該階段的頂板控制管理，做好該工作面的錨固設計，保障支護的堅固性與穩定性。及時推測來壓具體位置，方便后續工作及時調整與推進，以及有效維護頂板支架。區別于其他巖層結構，薄基巖的基巖相對較薄，因此在開采煤炭時很容易出現頂板事故，采空區經常會出現薄基巖中的水，對采煤的開展會產生巨大影響。而薄基巖的過程控制措施主要有三點：①液壓支架要選擇大阻力，并且帶有伸縮頂梁的型號；②留下一定厚度的頂層煤，并且將硬化劑注入薄基巖；③強化薄基巖的支架安裝及檢修工作，做好技術上的處理。在采煤工作面往往能夠看到懸頂處理，在回采過程中需要開展對應的放頂處理，往往通過超深孔爆破強制放頂技術進行。而懸空區的情況是比較復雜的，放頂技術的炮眼也要合理選擇。在末采回撤環節，在距離回撤通道200m 處開展一次調壓；在距離回撤通道5m 處開展二次調壓，避免周期來壓造成過大沖擊。將垛式支架安裝在回撤通道中，強化回撤通道的支護，保障回撤通道的安全性。工作面錨固支護設計如圖2所示。

圖2 工作面錨固支護設計

4 結束語

回采工作面的頂板事故頻繁，需要從工作面設計、液壓支架選用及維護與檢修角度采取有效措施，降低頂板事故發生的概率，保障煤礦開采的安全性及效率，為千家萬戶帶去幸福安康。