矿山开采区顶板开裂放顶实施方案

高永升

（郑州煤电股份有限公司芦沟煤矿，河南 郑州 452373）

某矿开采的4号矿层的顶板是复合顶板，在4号矿层的提取，变形和破损过程中，顶板多次冒落。通过对其存在的特点以及出现问题的规律，解决了复合顶板的掌握问题，从而创建安全矿山生产的前提条件。

1 CO2致裂原理

在二氧化碳致裂器运行过程中释放的高压二氧化碳气体立即作用在多孔壁上，导致介质裂化或破裂。①CO2在31℃或更低的温度和7.2MPa的压力下呈液态。②如果温度超过31℃，则无论压力如何，液态CO2都会在20ms内气化。膨胀系数可达600倍，压力可达80MPa～270MPa。利用该特性，使得储存管中的液态二氧化碳立即被加热器蒸发，以产生高压。当压力达到蓄压装置确定的压力时，高压气体被排出到外部，并立即产生强推力。沿着自然裂缝或诱发裂缝的表面松开材料，然后将其推离主体，以达到破裂和防反射的目的。

2 矿井顶板致裂的原因分析

（1）采矿方式不合理。如果不开采矿层，则岩层的限制处于平衡状态。然而在开挖后，开挖空间中形成了应力释放区，这导致了应力的重新分布，应力集中在某些区域。如果应力集中超过岩层的极限，则岩石会破裂并引起事故。如果能源生产区域布置不当，生产过程中该区域前方某些区域的应力就会不正常。如果超过了岩石举升极限，则当屋顶跌落时可能会发生事故。如果在岩石层中的水平张力高并且工作面的布置不合理，这将容易导致应力集中在返回空气路径和工作面的输送路径中，并且会发生屋顶倒塌的事故。如果在拉出隔热工作面时碳保护柱的预留宽度不足，则在拉出隔热工作面时，工作面前面的接触压力会转移到顶板，这会导致顶板张力集中，容易引起冒顶事故[1]。

（2）工作面顶板安全管理不善。在管理工作区域时，有必要根据顶板的类型对顶板进行分类，即可以将顶板分为极难垮落顶板、易垮落顶板、中等垮落顶板和塑性弯曲顶板。极难垮落顶板通常是指进行开采后不易掉落的旧的矿层顶板，而易垮落顶板是指开采和开采的层的直接顶板。矿层开采过程中随采随落。我们可以看到，顶板的掉落不仅与顶板的类型有关，而且与液压支架的运动也有很大关系。

3 开采工作面顶板致裂的预防措施

3.1 致裂效果监测内容和方法

①监测液压支架的阻力。除道路的液压支撑外，在工作区域的末端还使用了动态顶板（压力）监控系统。动态顶板监控系统（压力）用于监控工作面上的液压支架的工作阻力，重点是工作面顶部的液压支架的工作阻力。比较休息之前和之后的步幅长度和工作表面循环强度之间的差异。②监测矿区方顶瓦的倒塌情况。根据工作面的工作条件，必须及时监测切割路面的工作面的屋顶坍塌情况，并检查顶板裂缝和减压的影响。

3.2 预测矿山压力提高顶板管理的有效性

为了提高屋顶管理的效率，应强调以下几个方面：①必须有可靠的顶板管理技术人员，可以根据实际情况评估顶板的状况。定位并确定其是否处于破裂状态或处于悬浮状态。②必须保证顶板支架的效率。支撑的有效性不仅意味着结构的效率，而且还意味着需要一定的动态载荷。③必须遵守矿山安全规定。如果没有批准，负责人员将无法未经批准而更换顶板，并在顶板管理中阐明质量要求。

3.3 复合顶板控制

在分析了复合顶板的特性和结构，结合4号矿层的发生特性后，从设计的各个方面对采矿面的复合顶板进行了控制。采矿面、采矿工艺、采矿面支护和顶板管理。具体的控制措施如下：回采巷道以及切眼掘进。覆盖了工作立面的采矿道路和挖空部分，以减少对碳脉顶的完整性的影响，并为控制复合顶创造了更好的条件。巷道支护形式的选择基于巷道拆除的经验以及复合顶板的分层特性。

采矿走道支架使用锚固支架+丝网，当走道穿越断层时使用螺栓和喷射混凝土支架。所使用的锚杆的直径为22mm，长度为1800mm。ZH2000/16/24Z型上架整体式悬架液压支架，ZH2000/16/24Z型上架式160液压组合式悬架组合整体悬架在该表面上安装有4根柱子，各1000mm之间，最小上转向距离为2.8m，最大上控制距离为3.6m，上台阶距离为0.8m，吸气高度为2.2m，误差为±0.1m，并且色谱柱合理，功能强大。工作头使用ZT1200/17/24H，下端使用液压支架ZT2400/17/24H保护顶板。辅助操作使用集中控制方法，左右帧交替向前，支架之间的距离不得超过0.5m。确保防雷墙支撑系统具有相同的刚度并科学地支撑顶板。上部和下部安全出口和端部支撑：上部和下部安全出口由带有整体式立柱的扁木制成，以构成主轨道。安全出口规格：长3m，宽0.8m，高不少于1.6m；头部使用ZT1200/17/24H，下端使用ZT2400/17/24H型液压垫来保护车顶。辅助操作使用集中控制方法，左右框架交替向前移动。支架之间的距离不得超过0.5m。

3.4 特殊时期顶板控制

（1）开采工作面实行安全管理措施。在安装工作面，地质构造带，过老巷，应力集中区域以及恢复结束期间的屋顶管理，必须制定特殊的安全措施，提前确保安全拆卸。

（2）在压制过程中检查车顶。在第一次压制工作表面和定期压制期间，顶板下陷，碳壁剥落严重，容易损坏顶板和薄膜伤人。加强顶板管理，避免发生冒顶事故。①在工作表面的第一时期和该时期的期间，有必要加强对表面压力的预测。②工作面悬架的双向液压支撑的初始支撑力不得小于16MPa，上下端和扩展端的单个液压螺旋桨的初始支撑力应不小于11.4MPa。③确保衣架支架完好且笔直，以防止其从支架正面泄漏。④必须拧紧托架的顶部，并且前侧之间的距离不得超过300mm。如果顶板破裂且胶卷破裂，则必须在一定时间内延长伸缩光束以支撑裸露的顶部。⑤在周期来压期间加快工作面的前进速度。⑥如果将工作表面移动一定距离（面积＞2m×5m）后，顶板的大部分未塌陷，则必须使用手动顶棚。⑦如果工作面上有较大的压力区域，则必须立即中断工作，并加强支撑（打s或加固的支柱）。如果情况紧急，应立即将所有操作员撤离并报告给装运室。

（3）作业结束前的顶板检查。①准备在距离停止线8m～10m的地方铺设金属电缆，以创造恢复悬吊支撑所需的条件，并提前制定安全措施进行恢复。②停止工作台面时，必须采取特殊的安全措施以加强工作台面的管理。

（4）过断层及顶板破碎带顶板管理。①在工作面越过断层带之前，必须采取特殊的安全措施以加强顶板管理。②可以在误差的影响下适当减小抽吸高度，并且将抽吸高度控制在1.8m～1.9m的范围内。③在故障排除过程中必须加强爆破管理，必须严格按照爆破表进行钻孔，装填，爆破。

4 结语

在这项工作中检查的顶板的裂缝和顶板效应是显而易见的。在没有裂缝的矿区，强制性屋面对促进屋面有很大影响。