51408放顶煤工作面开采顶板控制及管理措施

2020-01-14赵培

中国矿山工程 2020年2期

赵培

(山西省煤炭规划设计院(集团)有限公司，山西太原 030045)

1 前言

山西忻州神达栖凤煤业514采区51408工作面煤层厚度12.44～18m，平均15.22m。该煤层含夹石1～3层，夹石厚0.15～0.6m，一般小于0.50m，属结构简单～中等，为特厚煤层。直接顶板为泥岩、砂质泥岩，局部为砂岩。底板为泥岩、砂质泥岩，本煤层属稳定可采煤层。伪顶为泥岩、砂质泥岩，厚度0～0.65m，平均0.25m，岩性为灰色、灰黑色，质软，属软弱～半坚硬岩石。

直接顶为砂岩、泥岩，厚度1.03～5.02m，平均2.15m，岩性为深灰- 灰黑色，含植物化石，质较软，属软弱～半坚硬岩石。根据钻孔采样试验，顶板为泥岩时，抗压强度40～60MPa，平均49.80MPa；抗拉强度1.5～4MPa，平均2.7MPa；抗剪内摩擦角34°27′～38°31′，内聚力4.4～9.7MPa，平均7.10MPa。

基本顶为中细粒、中粗粒砂岩，厚度7.45～16.27m，平均11.7m，岩性为灰白色，质硬，裂隙发育，成分主要以石英为主，属半坚硬～坚硬岩石。

51408工作面顶板控制采用全部垮落法。根据5号煤层51404工作面矿压观测资料，以及工作面顶板初次及周期来压情况，51404工作面直接顶随采随落，工作面周期来压不明显，51404工作面基本顶周期来压不明显。通过计算并结合51404顶板运动情况，预计51408工作面直接顶初次垮落步距为8～10m，周期来压不明显；基本顶初次来压步距为30～50m，基本顶周期来压不明显。

5号煤层在开采过程中要掌握好工作面的推进速度，要以技术部门提供的来压预报为依据，掌握好初次放顶及基本顶初次来压的时间，控制好顶板。为了提高放顶煤工作面开采的效率和加强煤矿放顶煤开采的安全管理，国家部门发布了《煤矿安全规程》等规章，旨在通过统一、严格的规章制度规范煤矿放顶煤开采的各个工作环节。

2 回采过程中存在的问题

工作面顶板的控制是采掘过程中十分关键的安全生产环节，然而51408回采工作面顶板事故依旧时有发生。深究其原因，涉及到很多方面，如采煤人员经验不足、中途设备损坏、安全意识不强、支护初撑力不强等，其中最常见的是冒顶事故，具体问题主要有以下几个方面。

2.1 煤壁周围发生的冒顶

在部分原生裂缝的直接顶中出现相互交错的裂缝和游离岩块[1]。当采用爆破和支架开采时煤层就容易松动，甚至是倾塌。另外煤层的抗压力也是存在相互差异的，当超过煤层抗压力时，就会发生冒顶事故[2]。

2.2 顶板破碎带发生的冒顶

该矿井断层带分为几个板块，存在较粗角砾状碎块的“断层角砾”,存在磨碎岩粉的“断层泥”等，在断层带普遍存在着劈理等构造裂隙。然而在断层带中最常见的就是断泥层，断泥层存在涌水量不可控的危险因素，这容易造成断泥层泥质的软化甚至引起坍塌[3]。为了解决这一问题，一般会采取水泥质进行填充的方法，然而断层本身存在着不稳定的性质，过多外来物质的填充很容易致使围岩破碎，以及造成破碎岩体的结构在爆破过程中发生变形，这样会直接降低顶板的抗压力。因此，当岩体受到超过承受能力范围时，工作面顶板在拱形处就会出现冒落事故。

3 51408工作面顶板控制的因素

51408工作面顶板的控制主要受到技术管理和采煤工作面顶板施工环境两方面因素的影响[4]。(1)技术管理方面：采煤工作人员的采煤技术、安全保护意识的缺乏和采煤机械得不到及时的维护等都是当前采煤作业在技术管理方面的存在的影响因素。(2)采煤工作面施工环境方面:施工环境主要涉及了地质情况、顶板环境等，其中无法为顶板提供完整、强有力受力的断层是干扰顶板管理工作的一大因素。

4 工作面顶板控制措施

4.1 加强采煤工作人员的综合素质

在加强采煤工作面顶板控制和管理中，人员管理是一项十分关键的因素，因此要注重提高采煤工作人员的综合素质。一方面需要严格管理开采人员的技术能力，对存在操作不规范的技术人员及时指出和整改[5]。另一方面对所有开采人员进行严格的基础知识和安全意识的培训和考核，即定期组织人员参与培训教学让他们深刻认识岩层变化和各种安全防护措施。

4.2 建立健全工作面顶板管理意识

建立健全工作面顶板管理意识主要涉及3个方面：首先是加强采煤工作人员的综合素质。其次是在采煤作业开展之前对工作面顶板的支护情况进行全方位的细致检查，避免出现脱落的意外。最后在采煤作业开展进程中安排专业人员对顶板情况进行监察，做到问题早发生、早解决，最大程度降低顶板事故发生的概率。

4.3 应对采煤工作面冒顶事故的预防措施

局部冒顶的预兆：工作面顶板裂隙张开、裂隙增多、或是有掉渣、掉小块矸石，当敲击问顶时，声音不正常；工作面遇有小地质构造等。大型冒顶事故的预兆：顶板接连发生断裂声、顶板掉渣、脱层；使用支架时支架断裂并发出声音；瓦斯涌出量骤增等。

预防措施：(1)针对于在煤壁附近的冒顶事故，支架设计初期加长侧板提高支架的初撑力保证其能承受直接顶及基本顶岩层的重量；在破碎顶顶板内加入化学材料，避免断层的软化；提高液压支架的稳定性；严格控制采煤高度；在作业面采取循环作业的操作；以及进行动态的顶板监察[6]。(2)对于巷道掘进中的冒顶事故，巷道交叉口应避开原来巷道冒顶的区域；根据掘进岩石性质，严格控制空顶距；严格执行敲击帮问顶制度，保证巷道布置在稳定的岩体内，另外禁止空顶作业；选用质量与规格规范的台棚材料，保证台棚具备较强的强度；选用初撑力的支架，保障支架具有足够的支护强度和抗衡围岩的强度；更换支架时，需要先架设起新支架后再拆除旧支架。