浅析坚硬顶板综采工作面采空区大面积悬顶处理技术

乔德龙

摘 要：随着我国社会经济的不断发展，煤矿的安全开采也越来越得到人们的高度重视。目前，煤矿主要采用综合机械化采煤方式开采煤炭资源，采用全部垮落法管理顶板，但是，对于坚硬顶板条件下的大采高综采工作面，容易出现上下落山角顶板不易垮落，造成采空区大面积悬顶事故隐患，不利于煤矿安全生产。为了有效处理综采工作面采空区大面积悬顶问题，本文针对采空区悬顶处理技术进行了简要分析。

关键词：煤矿综采面；坚硬顶板；悬顶处理技术

引言

随着我国煤矿开采技术的不断发展，综合机械化采煤技术逐步取代了炮采、连采、普采等采煤技术，综采技术具有回采速度快、回采率高、顶板控制安全性高等优势，但也存在采空区尤其是上下落山角顶板不易垮落的问题，而采空区大范围垮落的直接后果是产生强大的冲击坡，引起岩体塌陷和将采空区大量的有害气体排放到作业场所，造成人员坠落或中毒、窒息等。顶底板事故的发生，一般是由于地质条件、生产技术和组织管理等多方面的客观和主观因素综合作用的结果，据统计，冒顶片帮事故所占的比例达60%以上，伤亡人数占40%左右。因此，为了保证矿井安全生产，保障矿工生命健康安全，煤矿综采工作面采空区悬顶处理技术的探索尤为重要。

1 某煤矿综采工作面概况

本工作面的总的构造类型为单一走向N-S、倾向W的单斜构造，从本工作面的顺槽、切眼掘进过程中及邻近工作面回采过程中均没有发现断裂、挠曲构造及火成岩侵入等，仅在局部地段煤层发现小型起伏，总体来说本工作面地质条件属于简单一类区。煤层倾角1.3°左右，煤层底板高程1043.831～1055.556m，地面标高为1165～1270m，工作面覆盖厚度为109.6～208.6m。工作面走向长2294.865m，倾向长296.95m，厚度变化幅度相对较小，煤层结构简单，煤层平均厚度5.96m，可回采面积681460.16m2。5-2煤视密度值为1.32t/m3，工作面地质储量为536.1万吨。

本工作面5-2煤层无伪顶。工作面直接顶为灰白色的细粒砂岩，厚1.98m，底部为泥岩，含大量植物茎叶化石，中厚层状，泥钙质胶结，分选好，主要成分为长石和石英。

老顶为灰色粉砂岩，中部夹薄层细粒砂岩及黑色条带，泥质胶结，厚13.87m，具水平层理，块状，主要成分为长石和石英。顶板岩层饱和抗压强度为11～48.52 MPa，平均29.88MPa，属不稳定～较稳定型（Ⅰ～Ⅱ）。

本工作面5-2煤层的直接底板为灰色的细粒砂岩，含大量植物根部化石碎片及白云母片，主要成分为长石和石英，厚0.9m，夹黑色条带，具微波状及水平层理，泥质胶结。岩石饱和抗压强度17～48.2MPa，平均24.73 MPa，属较软类底板（IIIa）。

本工作面采用一次采全高，单一走向长壁综合机械化采煤法，全部垮落法处理顶板，推进方式为后退式。工作面通风系统为U型通风。

本工作面煤层顶板岩石强度和弹性模量高，整体性强，自承能力强，煤层开采后顶板大面积悬露在采空区短期内难以垮落，有强烈的周期性来压的特点，因此，在施工的时候容易造成支护设备损坏，危及人身安全等恶性事故。

2 煤矿综采面采空区悬顶处理技术

2.1 矿压观测

本工作面使用电液控制矿压监测分析系统，每台掩护式液压支架右立柱上装有压力传感器，数值可以动态显示在神坤电液控显示屏上，通过控制台计算机将显示的数据传送到地面个人终端计算机，用专业的液压支架数据监控软件就可把顶板载荷数据动态直观地显示在电脑屏幕上，记录的数据为研究周期来压步距和顶板活动规律提供了依据。

工作面上下顺槽矿压观测使用机械式顶板离层仪观察顶板离层量，在顶帮设标记观察点测量顶、底板和两帮移近量。

2.2 预防措施

加强工作面两端头支护，在推采过后，及时将超前液压支架升起，初撑力不低于25.2Mpa，侧护板、护帮板及时伸出。移端头液压支架时，采取带压拉移，利用液压支架顶梁破坏顶板锚杆，减弱锚杆对顶梁的支护，其次降下液压支架前梁反复升降，利用液压支架的剪切性能破坏顶板的完整性，使其尽早垮落。

加强矿压在线监测系统数据监测，若液压支架载荷达到30Mpa，现场人员通过观察压力表载荷，根据目测悬顶距离、支架载荷和垮落步距超前做好防范工作。

加强作业人员安全培训教育，规范安全作业行为，掌握顶板来压预兆和防护措施。上下落山角悬顶面积过大时，严禁人员长期在端头液压支架段逗留，人员经过两端头时快速通过，刮板输送机两端头司机站位于两端头华宁控制器处（避开悬顶区域），来压时用手抓紧液压支架立柱起吊环，防止悬顶垮落形成的飓风对人员造成受伤害。

2.3 处理技术

此前，该矿都是采用预裂爆破的方式对工作面大面积悬顶进行强制放顶，但因工程量和炸药量大，安全性差，也就会使得井下空气被污染，且会严重影响回采进度。目前，通过试验应用水力预裂技术，带来许多的优势，其主要就表现在增加了钻孔压裂次数，减小了采空区直接顶垮落步距，缩短悬顶时间，提高了安全系数。

3 结束语

总而言之，随着我国科技的不断发展，我国采煤的技术也在一定的程度上得到了相应的提升，为了能够更好地处理因上下落山角顶板不易垮落而造成悬顶面积过大的问题，煤炭工程技术人员一直都立足实际与发展，不断加大对新技术、新工艺的应用力度，真正做到了把技术上的追赶超越作为攻坚克难、持续发展的关键，助推矿井安全生产。

参考文献

[1] 孙晋文.浅析煤矿综采面顶板控制与安全管理[J].能源技术与管理，2017，42（03）：79-80.

[2] 李雙民，李川.一号煤矿综采面采空区瓦斯分布规律模拟研究[J].陕西煤炭，2012，31（03）：40-42.

[3] 鞠金峰，许家林，朱卫兵，陈苏社.大柳塔煤矿22103综采面压架机理及防治技术[J].煤炭科学技术，2012，40（02）：4-7+31.

[4] 王贯东，董凤宝.翟镇煤矿综采面高效机械化充填开采技术及应用[J].煤炭科学技术，2008（01）：15-16.