采煤工作面初次放顶的技术管理探究

2016-08-09姜奇

大科技 2016年6期

关键词：老顶放顶矿压

姜奇

（毕节市工业学校）

采煤工作面初次放顶的技术管理探究

姜奇

（毕节市工业学校）

采煤工作具有较高的危险性，为了保证煤矿生产的安全性，在初次放顶期间，专业人士要实时监控顶板的活动规律，正确计算各项参数的数值。采用科学的统计方法分析矿压，并在此基础上对初次放顶状况进行分类。为了保证煤矿采煤工作面初次放顶技术的有效实施，需要采用各种创新手段。因此，加强初次放顶技术对保障生产的安全性有着极其重要的作用。

初次放顶技术；煤矿采煤；解决措施

引言

在采煤工作面初次放顶作业中，需要按照国家及当地的规范要求做好顶板管理工作，是防止顶板冒落的有效措施。在实际生产作业中，由于未准确采集顶板高度、顶板类型、老顶断裂等现场参数，导致放顶参数与实际情况不符，在操作过程中极易出现顶板冒落等安全事故，使得初次放顶的回采率达不到80%。为此，本文将基于初次放顶需求，合理设计放顶距离、放顶高度等放顶参数，继而通过规范有效的技术措施来提高煤炭回采率和井下作业时的安全系数，以期同时满足经济效益和安全效益两方面的需求。

1 顶板在初次放顶期间存在的隐患

在顶板工作面逐渐推进的过程中如果没有冒落，就是使得悬顶的面积不断扩大，一旦悬顶的面积达到最大程度时，很容易发生直接顶来压时突然冒落。具体危害表现在以下几个方面：①顶、顺槽底和两帮的移动量加大，使断面的通风状况不能得到保障。②极易出现工作面片帮、掉顶的状况。③当发生冒落时，顶板的悬空面积大，冒落时产生的气流会造成人员伤亡。④支架立柱的下缩量会在短时间内骤增，工作人员很有可能会出现伤亡，同时也会造成相关的其他设备被冒落的顶板损坏。由于采煤面的支架阻力不能与岩梁抗衡，顶板容易发生断裂，从而导致大面积的工作面被压垮，甚至会对工作人员构成生命威胁，因此，做好顶板的管理工作是十分必要的。①要实时监测采煤面的初次放顶状况，通过准确的数据掌握直接顶的断裂运动规律。②掌握采煤工作面的岩层性质和范围。③要有专业人员能够准确地判断矿压的显现状况。④要建立相关的规章制度和科学组织专业的现场会诊活动。

2 采煤工作面初次放顶具体技术管理措施

2.1 初次放顶参数设计

2.1.1 初次放顶距离

有部分顶板材料的质地比较坚硬，在开采之后顶板不会全范围地冒落，在上方形成悬顶，如果没有对其进行合理的处理，则会对具体施工带来较大的安全隐患。面对此种情况，就需要以人工初次放顶的方式对其进行处理。根据一定矿压观测以及开采经验可以了解到，在开采自切眼推进之后，会在顶板处形成一个简支梁，该梁载荷分布均匀，其支点主要在切眼煤壁以及采面煤壁上，若是因为跨度大使梁所具有的正应力达到了破坏值，就会使顶板因为受到破坏而跨落，而这也称之为顶板的初次来压。同时，如果上层顶板下沉量小于下层顶板的下沉量，就可以认为两者之间不会产生影响，而如果情况相反，那么则说明上层顶板所具有的重量会作用到下层顶板。在这种情况下，则需要在开展正常挑顶工作的同时在推进一定距离之后再强化人工挑顶力度，进行强制放顶。

2.1.2 放顶高度

所谓人工强制放顶，就是通过爆破法强制性地使顶板分离，使之充分冒落形成垫层，然后逐步削弱冒落情况下产生的冲击荷载以及顶板压力。一般来讲，采空区中矸石充填程度达到采空和放顶高度之和的3/2，就可以达到预期效果。在实际施工中，主要通过下列公式来确定放顶高度：

式中：H代表放顶高度；M代表采高；kp代表直接顶冒落岩石初始碎胀系数。通过相关数据的带入计算，即能够获得合理的打眼深度。

2.2 初次来压前矿压观测

2.2.1 顶板断裂前煤壁前方支承压力显现

随着切眼工作逐渐开展，顶板悬漏面积不断增大，当顶板悬漏面积达到一定跨度，就会出现挠曲以及下沉等现象，并因此使作用在煤壁前方的支撑压力得到了逐渐的提升，且上下巷距离煤壁不同点的顶板下沉速度也会逐渐加快。煤壁前方的顶板一般是最先断裂，使得支撑压力迅速向煤壁一侧收缩，上下平巷的顶板速度也随之升高，而随着顶板来压的出现，上下巷内两帮测压则会逐渐增大，片帮加剧，断面缩小。

2.2.2 顶板断裂前采面内矿压显现

回采面的相关工作是从工作面的内部开始的，按照15m的间距设置一条测线，以实时观测初排、末排的矿压变化情况。一般情况下，初排下沉速度及支承压力小于末排。若顶板断裂，支承压力高峰向煤壁收缩，使得初排快速下沉，预示顶板即将来压。而后当末排的顶板下沉速度又大于初排时，表明已经出现了顶板来压现象。与此同时，采面煤壁压酥，打炮眼极易片帮，支柱阻力增大，支柱钻底，顶板开裂，裂纹方向与煤壁平行，导致夹沟或台阶下沉，且伴有巷道淋水现象。

2.2.3 顶板断裂前采空区悬顶状况

在对顶板煤层进行开采时，冒落顶板岩往往具有着不同的体积以及形状，而在老顶出现断裂情况之前，在支撑压力作用的影响下就会使岩石具有较为规则的特点，煤层如图1所示。在对老顶岩梁活动规律进行掌握的基础上，则可以通过对矿压数据进行观测的基础上对不同岩梁的活动情况进行分析，并在找到老顶梁断裂位置的基础上对矿压显现特征以及规律进行评判，进而更好地实现放顶结果的准确预测。

图1 煤层柱状图

2.3 初次放顶顶板控制

2.3.1 直接顶控制

在初次放顶活动过程中，在面对直接顶时，需要以“限定变形”的准则进行实施，即保证老顶同直接顶之间不会出现范围较大的离层，并保证在控顶区中对直接顶的完整性做好保证，避免其出现台阶下沉的情况。之所以采取这种操作形式：①避免直接顶在发生破碎情况时由于回柱以及漏冒顶板出现伤人情况；②避免老顶在来压情况时因为对直接顶产生一种冲击作用而使其出现切顶跨面的情况。对此，就需要从切眼推进环节就开始严格监测初排支柱初撑力，每次放顶回柱前必须对支柱给压，以提高支柱的支撑能力。为了保障该项工作的效果，则需要在对支柱支设质量以及维修质量进行保障的基础上保证泵压压力始终处于15MPa以上、每班对初排支柱进行二次注液。支柱的支撑能力只有符合设计要求，才可以在“限定状态”下工作，使直接顶的状态由支架限力限定，把顶板下沉控制在支柱缩量和顶板允许弯曲值以内，不发生顶板破碎冒顶事故。

2.3.2 老顶控制

初次放顶时，直接顶初次垮落到老顶初次垮落阶段，不仅需要对直接顶做好管理工作，也需要严格监控老顶冒落情况，确保老顶能随着采面推进。在放顶过程中，当老顶跨度达到极限而出现下沉以及挠曲的现象，直接顶就会随之下沉。根据这种特征，在对矿井特点以及矿压规律进行把握的基础上，则需要对老顶来压情况做好预报以及预测工作。即在保证基本柱齐全、且确保其所具有的支撑能力能够满足要求的基础上，使好戗柱和采用软帮密集柱等特殊支护来提高支护强度，使支架在老顶“给定变形”的状况下能够更好的对自身作用进行发挥，避免出现大范围的工作面推垮事故，以此对老顶初次来压阶段进行安全的渡过。此外，当老顶断裂垮落后，作用于煤壁前方的支承压力高峰向深部转移，采面和上、下两道矿压显现减弱，采面进入正常管理阶段，初次放顶宣告结束。但是在该种情况下，依然需要对直接顶做好管理与控制，避免其局部出现冒顶事故。

2.4 开切眼技术管理

采煤工作面的开切眼工作实际上是指在煤层中做好巷道开掘。围岩在开切眼过后会产生空间移动甚至变形，降低岩体强度，当原煤岩体的平衡状态在一定程度上受到破坏时，就会在一定的范围内形成围岩破裂带，称之为围岩松动圈。开切眼的强度最好能够固定住围岩松动圈，适应数次的动压影响。在支护材料和支护强度上应当加强，避免采动支撑压力受到开切眼松动圈的影响发生改变。除此之外，采用单体液压支柱的方法支护开切眼，需要每日进行两次注液，保证初撑力大于90kN。另外，也可以运用摩擦支柱的方法，保证初撑力不小于30kN。开切眼的顶板最重要的是完整性，这有利于加强顶板的后期管理。

3 采煤工作面初次放顶技术管理注意事项

通常将初采工作面切眼与直接顶冒落之间所达高度的1.5～2倍的垮落称之为初次放顶。这一阶段主要包括从切眼到直接顶垮落和直接顶垮落到老顶第一次垮落两个方面。初次放顶根据其顶板类别的不同主要分为自行冒落和强制放顶两种情况。其中，自行冒落是指当采煤工作面推进到一定距离之后，在冒落高度达到采高高度时能够自行冒落，强制放顶是指顶板不能自行冒落或者达不到冒落高度时，需要采用强制放顶。

3.1 直接顶自行冒落的初次放顶

可自行冒落的直接顶一般为整体性较差的节理发育顶。当直接顶能够充分垮落时，其老顶断裂下沉层下会出现松软的直接顶，由于其中下层上部的劣质煤极易产生离层、破碎和冒落现象，又容易发生采煤工作面坍塌的情况，所以必须保证有足够的支撑力。

3.2 直接顶的强制初次放顶

由于直接顶厚度薄，老顶岩石具有坚硬、致密、整体性强的特点，其初次垮落距不能达到自行冒落的范围，只能强制初次放顶。这种情况下，要注意压垮型冒顶事故的发生。

3.3 人工强制初次放顶

人工强制初次放顶针对于不易垮落的顶板，强制放顶需要确定放顶步距、放顶高度，采用相应的放顶方法进行强制初次放顶。①在工作面开采之后，由于顶板较为坚硬不能自行冒落，而且形成大面积的悬顶，存在安全风险。②爆破法是强制放顶中常用的一种方法，主要机理是采用爆破手段将顶板切断，以此令顶板冒落层形成垫基层，这种方法能够大大减弱顶板压力和顶板冒落时所产生的冲击力。③对放顶方法的选择，人工强制放顶要注意对矿压的观测，通过对矿压的观测可以得出与顶板动态相关的数据图，从图上分析找出二者的一般规律，以准确地找出断裂位置，更好地开展初次放顶工作。

3.4 初次放顶时的顶板控制

因为初次放顶时存在诸多安全隐患，所以相关工作人员要严格对直接顶与老顶进行顶板控制。对于直接顶的顶板控制主要要求是保证直接顶与老顶之间离层间隔不能太大，对老顶的顶板控制要求在于老顶的极限跨度，避免其出现挠曲、下沉现象。