煤礦采掘工作面頂板管理問題的處理方法探析

高永杰

（山西焦煤汾西礦業集團宜興煤業，山西 呂梁 032300）

從當前行業數據分析現實，煤礦采掘工作中有超過70%的安全隱患問題出現在工作面頂板中，導致安全隱患出現的因素包括煤層疊厚與開采的范圍等等，對煤炭采掘工作帶來了較大的困境與生命危險。由此，本文以杜家溝煤礦2-101復采工作面為背景針對綜合作業面采取綜合處置措施，探究有效解決安全隱患問題的途徑，促進企業煤炭生產長遠發展。

1 工程概況

杜家溝煤礦當前開采的是2號與10號煤層，2號煤層斜角2°～10°，平均厚2.55m，區域內大部分為小窯舊巷，開采對象是區域遺留下的煤炭資源，含有多層夾矸，為了最大化礦井的經濟效益，遂對該區域的開采點復采。

首次開采以礦井井田的中南部為對象進行開采活動，開采水平+720m，向北直達礦井外圍，向南接楊洼煤礦，向東接保護煤柱，向西接風氧化露頭邊界。在復采活動中，工作面位于首次開采的巷區東，使用“U”形布置，其工作面位置固定在實體煤層下，其切眼長度為200m，開采時使用直徑較大的采煤機完成一次性斷面開采的一次全采高采煤法，這一開采方法對環境有一定的優化效果，可以減少開采活動的成本，提高工作效率，使企業經營活動創造更大的效益。從當前施工的情況可以看見使用了MG-250型號的采煤機與ZZ6400/13/38型號的液壓支架、SGZ-764/800型的刮板機。

2 復采工作面回采頂板控制方案

在杜家溝煤礦的復采工作中，工作面會存在不同類型的冒落區、空巷，由此，施工首先要確定工作面的圍巖控制計劃，以便保障采掘工作有序開展。

2.1 復采工作面頂板管理要求

在采掘工作下，工作面始終堅持液壓支架、煤炭壁與運輸機的平直，設備平穩、前后通道的暢通即三直兩平兩暢通；其次，復采工作的工作面高度要低于3.2m，地板也要在相關標準下保持平直，避免傘檐出現。在利用采煤機完成煤礦的割離后更要實現上述要求中的三直兩平兩暢通，保障工作面頂板符合標準。同時，在采掘工作中，盡量拉近工作面頂板與控頂之間的直線距離[1]。

（1）機組切割煤炭時的位置要與前滾筒保持兩個液壓支架及以上的距離，同時，要及時打開暗箱子伸縮前梁。

（2）在機組的位置后，使用擦頂帶壓移架管理頂板，避免頂板出現頂漏、矸漏的情況，同時，支架在移動后與后滾筒的距離要在兩個液壓支架及以內。

（3）針對空巷及采空區等區域管理，要超過帶壓擦頂拉架；當頂板故障時，支架位置下滑行程要超過100m[2]。

（4）拉架后，相鄰支架的高低差距要小于側護板與頂梁的差距，才能提高穩定性。

（5）在過實體煤時，液壓支架的支撐力要超過24MPa，且在經過各個特殊區域時候以護為主，盡量實現頂梁的平直[3]。

2.2 復采工作面過空巷頂板管理

（1）在經過空區時的作業途徑。要以有效循環路徑為主推進采掘工作有效開展，此時的進刀途徑是在無空頂以及頂板完整的區域下完成循環任務[4]。在以MG-250 型號的采煤機進行工作時，若頂板位置完好，則可以在區域中使用追蹤的途徑作業，當割煤活動一直到空區區域下則要科學管控采煤機的效率，使其可以在一定范圍內。若使用超前帶壓地擦頂拉架的開采方式，則要及時對頂板進行維護，當支架難以應用或者漏矸情況嚴重則應該立即停止機拉架的應用，當相關情況穩定后采煤機繼續工作。

（2）移架方式。頂板穩定的地區則應用擔架按先后順序移動支架，使用2架拉去滯后的采煤機器；在空巷及空區內，首先要確保支架底部的平直，避免低頭、抬頭情況出現，特別是相鄰兩個支架的差距要在頂梁側護高度的2/3 之下，才能在拉架情況中，以頂板破碎區的邊緣位置朝中間以及向前拉架。在對頂板破碎位置管理時，支架要遵循先護后支的順序，落實頂梁的平直，同時還要使各個支架的間距要在100mm 內，此時，若仍出現漏矸的情況，則要立即停止移動。

（3）矸石處理的途徑。煤炭采掘時，當出現頂板矸石掉落，首先要停止滾筒機的工作，結合反向牽引管理采煤機，避免矸石移動在采煤機的前端，延誤采掘工作。最好將矸石的位置拉取到溜子機的位置，以傳統的人工途徑碎石。

2.3 復采工作面過冒落區頂板管理

2-101工作面的煤層厚度較高，在出現垮落事件時與頂板有較大的空隙，導致復采工作出現冒落。其工作面與冒落區的關系如圖1所示。

圖1 2-101工作面與冒落區的關系

工作面頂板冒落原因分析：

第一，在工作面頂板上煤炭的壓力過高。在采掘工作中，工作面頂板在壓力承受能力方面有一定的限制，若煤礦的壓力過大，會使工作面頂板無法承受，出現頂板破碎的情況，進而出現不良事件。第二，是配套設施不夠完善。因為煤炭采掘時兩個端口所承受的壓力聚集在一個點上，一般是在整體的頂梁中設置液壓支架，提高機器的保護功能。但若是液壓支架不能滿足支撐與保護的需求，就會出現頂板冒落的情況。第三，地質環境惡化。煤炭采掘的位置一般在資源豐富的區域，這些區域的地質環境較城市而言更加復雜，容易受到外界因素干擾，最終出現頂板問題。第四，機械作業管理不善。在煤炭采掘中，采掘工作的兩端要在機械化程度高的場所中完成，而當前的工作設備容易出現難以支持的情況，最終出現頂板冒落。

3 煤礦工作面頂板管理措施

3.1 工作面協調法

在工作面位置之上出現大面積空頂時，首先確定旋轉中心的位置，將其設置在工作范圍外，而因為旋轉過程下兩端會推進旋轉的過程，可以在一定范圍內協調頂板與煤壁之間的矛盾；其次，科學管理調斜的比例，結合趕溜、擺架、溜槽等途徑管理調斜的比例；再次，結合調斜的工程的實際，配合注漿、填充等方式管理冒頓區，其工藝如圖2所示。

圖2 協調法施工工藝

3.2 過冒頓區安全技術措施

3.2.1 調整工作面高度

首先科學管理工作面高度，結合工程實際將采高距離確定為2.6m；其次，應用帶壓移架、超前支護、追擊作業；再次當位置較近的支架距離控制在頂梁側護板的2/3中，提高穩定性；在空區工作時，以地板為準進行工作，保障支架與頂端位置嚴密銜接；再次，當正、負面的巷端頭在空區或者頂板破碎時候回收煤柱側棚腿；最后，因為正巷的巷道支護是U 型棚，應用木楔固定，另一端則固定在U型棚的背部。

3.2.2 大跨度支護工藝

結合現代化施工的理念，企業為煤炭采掘施工團隊配備完善的現代化施工裝置，并及時回撤范圍。現代煤炭生產公司及時增加范圍并結合切眼支護、作業平臺的配置措施，提高作業的效率有工作強度，減小施工作業的壓力，縮短配置的時間，其工作時間可以減少到50d。

3.2.3 頂板注漿加固

在一定的覆巖條件下，承壓含水層荷載的傳遞會使關鍵層出現破斷的情況，最終使作業面出現不良事故。針對這一情況，要提高圍巖結構的穩定性，即采取注漿的方式優化圍巖強度，使其得到充實，并在支護結構方面形成固定的網格，將破碎的圍巖形成整體，保障其穩定性。

3.2.4 疊加支護

在企業大型的煤炭采掘區域中，一般是以錨桿為支持完成開采。它不僅經營范圍廣，且煤炭的位置大部分都在底層的區域中，若錨桿的層級與支撐度不足，就會導致錨桿出現困難。同時，在錨桿結構中，頂板結構會伴隨環境的改變減少穩固性。所以在面對上述問題時，首先要增加點柱，而后要對構筑進行分段管理，完成架棚，采取先進的采煤的標準，以此減少對政府部門與企業的經濟損失。基于此，頂板加固工作開展有一定的必要性。疊加支護的措施一方面可以提高巖層的穩定，避免因巨石松動問題，另一方面可以保障頂板結構與支持水平。且這一方式會受到錨桿的質量、大小等因素的影響，出現相互補充、支持，并形成可以滿足硬度有彈性的組織架構。以此解決頂板硬度差、平衡性不足、增容差距大的問題。同時，疊加支護這一方式具有效率高、工程快的優勢，在應用后可以提高煤炭挖掘的能力，加快生產進度。

3.2.5 加大局部煤層頂板加固作業

煤層采掘工作的重點之一就是進行煤層加固，在工作中要提高對局部煤層支護工作的重視程度，使煤層壓力可以在采掘高度增加的情況下得到控制，解決煤巖層頂板壓力大、穩定性不足的問題。此外，施工人員還要積極開展局部煤層的支護工作，針對容易出現冒頂事故的區域在構造帶的兩側完成支護，提高區域的支撐能力與操作性、控制范圍等，提高頂板管理效果與煤層穩定性。而當采掘高度不斷增加，且提升到一定程度，礦壓的情況會更加突出，煤層穩定性會受到柱升高的影響逐漸弱化，支柱的中心位置也會在影響下不斷變換，最終導致事故出現，由此，在頂板管理中要積極選取科學合理的支護方式，以便于控制頂板的穩定性特點。

3.3 科學選擇液壓支架

合理的液壓支架是煤礦采掘工作開展的基礎條件，因為液壓支架選擇時要穩定性作為核心進行施工，由此，在選擇液壓支架時要綜合考慮液壓支架的各個因素：第一，承載力。可以選擇不同質量的石塊，將其放置在液壓測量器械上，支架最多所承載的重量確定為測量上限，同時，還可以應用局部液壓結構的支撐能力，通過所支撐的重量，確定液體支架；第二，開采高度。在開采過程中，要結合開采位置的變化動態調節液壓支架的高度。在科學技術發展下，開采的能力不斷提高。企業可以將數字化的技術內容納入開采活動中，綜合考慮液壓支架高度對工作面的作用；第三，液壓支架結構的位置。采掘時，要避免受到外界環境的干擾、選擇液壓支架，因為壓力過高情況下，液壓支架會使煤炭采掘時直接粘合在底板中，選擇底座面積大的液壓支架，可以減少與底板的粘度，同時避免因為面積不足導致的懸浮情況，還有要及時固定液壓支架，若其因為外界因素出現滑動，難以保障挖掘工作人員的生命安全，不利于企業生產。

3.4 提高員工專業素養

在以人為本的理念下，企業經營除了要提高員工扎實的專業知識與過硬的專業素質外，還要對工作的質量進行監管，科學監控工作的每個環節，保障每個環節的質量。在實際施工下，員工要在系統培訓活動中充分提高自身的知識儲備與專業素養，形成安全意識。此外，還可以及時開展培訓活動增加員工的工作能力，將自身的薪酬與安全生產工作形成聯系，以保障企業生產的效率。

4 結語

煤炭采掘的回采過程下，頂板管理對于生產效率、安全管理工作的推行具有積極意義，由此，煤炭生產企業應該提高工作面頂板管理的重視程度，本文以2-101復采工作遇到的空巷及冒落問題為對象，提出了頂板控制技術，通過采取科學措施增強采掘工作的效率，使采掘工作有序開展，培養施工人員的安全意識，從而增加工作面的整體質量，為整體質量控制提供保障措施。