浅谈煤矿回采工作面矿压与顶板管理

摘 要：采煤工作面破碎顶板端面冒顶是影响安全及生产效率的重要原因，该文分析其内外因素，采取相应措施，加强顶板控制，降低冒顶事故，实现安全、高产、高效，本文深入分析了回采工作面顶板控制存在的问题，探讨了工作面顶板的控制方法。

关键词：回采工作面；矿压；顶板管理

1、回采工作面顶板分类

1.1 顶板分类

（1）伪顶。位于煤层之上的炭质、泥岩岩层，一般厚度在0.3—0.5米以下，随采随冒，允许暴露面积和时间较短。

（2）直接顶。位于伪顶或煤层上面，由一层或几层岩石组成，其岩性一般是页岩、砂质页岩或砂岩，厚度从几米到十几米不等。在回柱或移架后直接定一般能自动垮落。

（3）老顶。老顶也称大顶，位于直接顶之上，厚度大于2米，单向抗压强度大于（5.8840-7.8453）×107帕节理裂隙不发育，自然分层厚度比较大，整体性较强。它的初次来呀步距大于25米。对工作面具有强烈的初次和周期来压作用。

1.2 顶板分类的意义

（1）指导回采工作面的顶板管理。

（2）选择液压支架型式、单体支柱支护方法和采空区处理措施。

（3）确定液压支架的工作参数和单体支柱的支护强度。

（4）制定工作面的安全操作规程，减少顶板事故，为高产、高效和降低成本创造条件。

2.矿山压力及其危害

岩体在采动前，由于岩层本身的自重的作用而产生了力。这种力是平衡的，因而引起了岩体内部的应力。当在煤层中开掘向导或进行回采以后，就破坏了原来的平衡，引起了岩体内部应力的重新分布。当重新分布后的作用力超过了煤岩的强度，则巷道及回采工作面周围的岩体就会发生变形、破坏神之垮落。所谓矿山压力，就是指由于开采后所引起的巷道及回采工作面周围岩体内的力及其作用的过程。在矿山压力作用下主要表现为：

（1）顶板下沉，产生裂隙，发生局部冒顶或大面积冒顶。

（2）工作面内的支架变形、折断或使立柱插入地板岩石内。

（3）在倾角较大的采煤工作面，发生底板鼓起、滑动等现象。

（4）工作面的煤壁片帮，滑落，或煤岩被压出等现象。

这些现象的发生是由于矿山压力作用，使围岩、煤体和各种人工支撑物产生的种种力学现象统称为“矿山压力显现”。矿山压力显现会给地下开采工作造成不同程度的危害，影响正常的开采工作和安全生产，造成工作面垮塌，发生人员伤亡事故，因此要进行矿压观测。

3.矿压观测的主要目的

矿压观测就是在生产现场对一切矿压显现进行观察和测量。从而分析得出地质、生产技术因素与矿压显现间的关系，用以解决具体生产技术问题。事实证明，支架的结构与运行方式适应于矿山压力，就为工作面生产实现高产、高效创造了条件，否则就会严重影响生产。回采工作面现场矿压观测的主要目的为：

（1）观测研究顶板来压规律，预报来压时间、步距和强度，以便根据来压特点改进顶板管理工作，达到提高效率和安全生产的目的。

（2）根据矿压观测资料，合理确定支架结构、架型、工作阻力、支柱可缩量、采煤机械的结构尺寸等，以便采煤工作面支架的选型和新型支架及采煤机械的研制提供技术资料。

（3）根据矿压观测资料，研究工作面采动影响的规律，为邻近采区、邻近工作面及邻近煤层的回采顺序、采煤方法确定，以及煤柱的合理留设提供技术资料，以便保证安全生产，减少煤炭损失，提高技术经济效益。

4.回采工作面顶板控制存在的问题

顶板管理是煤矿开采的主要技术之一，矿压显现规律及其控制技术是我国煤矿开采迫切需要解决的课题，此课题的研究对我国的煤炭工业的发展有着重要的意义。尤其是随着采掘深度的增大，采场控制问题更加突出，研究回采工作面的矿压显现规律就显得更为重要，这对做好顶板事故的预防有着重要的意义。

（1）采煤工艺落后，顶板管理不到位。不少煤矿井下巷道与回采工作面的支护方式采用木支护，使之支护强度低，初撑力达不到要求，而工作面的回采工艺仍然采用巷道式，顶板管理方式落后，造成顶板事故频繁发生，给煤矿带来很大的经济损失和人员伤亡。

（2）支护稳定性问题比较突出。当煤层顶板为复合型顶板时，由于支架稳定性、支护不到位或顶板裂隙的影响，顶板岩层中就会出现与上位硬岩离层。因局部冒顶或别的因素影响，断块有可能沿煤层层面倾斜方向向下移动，从而产生对支架或支柱向下的推力。煤层倾角越大，推力越大，支架或支柱也最容易被推倒。当工作面仰斜布置时，顶板岩石断块就有可能沿层面向老塘方向运动，而推倒支架或支柱，造成工作面大面积冒顶，导致顶板事故发生。

（3）冲击地压影响。采场周围的围岩一般受到上覆岩层的自重应力、煤柱引起的支承压力、坚硬顶板断裂失稳产生的巨大冲击力，也就是说前面两种应力的藕合叠加形成高应力场，在该高应力场中，一旦坚硬顶板断裂失稳，所产生的巨大的瞬间冲击力将诱发采场中的能量释放，而产生冲击地压。如果回采工作面还存在断层或构造等的附加应力，冲击地压的发生的几率将会增大，而且强度也更加剧烈。冲击地压在深部矿井尤其坚硬顶板条件下发生的几率远大于中、浅部矿井的煤层，而且强度和危害程度也明显增大。

5.回采工作面顶板控制的方法

（1）垮落法。使采空区选露顶板垮落后充填采空区的岩层控制方法叫垮落法。这种顶板控制方法是随着工作面向前推进，有计划的通过从将要废弃空间撤出支柱或支架的回柱或移架工序，使直接顶岩层自行垮落，以减少直接顶悬梁的长度与重量。同时垮落的松散岩块充填采空区，制成基本顶岩层限制其剧烈活动与大幅度的下沉，减小工作面顶板压力，并保证安全生产。

（2）缓慢下沉法。在采空区后方利用顶板下沉和底板隆起的特性任其自然合拢的岩层控制方法叫缓慢下沉法，这种方法适于顶板岩层韧性较大的薄煤层工作面。

（3）煤柱支撑法。煤柱支撑法适用于顶板岩石特别坚硬，人工強制放顶也很难垮落的顶板条件。这种方法虽然简化了采空区处理工作，避免了周期来压对工作面的影响，但损失大量煤炭，工作面采出率很低。

6.结语

总之，随着煤炭企业的纵深开采，回采工作面的正常开采和顶板管理越来越难，因此建议煤矿与科研单位合作，通过理论研究和实测研究成果，提出符合实际条件的采场支护设计，确保回采工作面的安全开采。

参考文献：

[1]勾攀峰，胡有光.断层附近回采巷道顶板岩层运动特征研究[J].采矿与安全工程学报，2006，23（3）.

作者简介：

姚玖成， 1987年出生，男，助力工程师，现工作于黑龙江省龙煤鹤岗矿业有限责任公司峻德煤矿，主要从事采矿技术及管理工作。