煤矿采掘工作面顶板管理的问题研究

2021-05-10

当代化工研究 2021年8期

（山西省阳泉煤业集团有限责任公司五矿山西 045200）

在前几年的煤矿事故统计中，由工作顶板引起的事故占所有事故的三分之一。这迫使我们非常重视在特定的施工作业中对煤矿开采前部的屋顶进行管理，并且承接该项目的公司必须严格。控制工作面顶板组成的各个环节，严格控制事故发生，积极提高技术水平，增强施工作业的安全性，为采矿作业提供良好的环境。结合我自己的工作经验和大量的咨询信息，作者认为应该从以下几个方面探讨这个主题。

1.矿顶板的岩层分类

图1 围岩变形

工作面顶板的构造基于围岩的变形（图1）。了解煤矿顶板岩层的状况可以为管理煤矿工作面顶板奠定理论基础。结合当前岩层和顶板岩层的位置，顶板岩层可分为三种类型：第一是伪顶板岩层，即碳层上方的岩层；它相对较薄，容易因外部影响而崩溃。可能发生煤崩落的现象，发生完全坍塌，该岩层的厚度约为0.3m。第二是直接上岩层。直接上层岩层通常位于拟上层岩层之上，其中一些也存在于煤层之上。它的主要成分是页岩和砂岩，它们也比较脆，容易倒塌，特别是在煤矿中。开挖工作完成后移开支撑物，会影响岩层的稳定性。第三是古老的上层岩石层，它位于直接上层岩石层之上，但不与直接上层岩石层直接接触。与前两种类型相比，它更硬且具有一定的厚度。该层的稳定性更好。它不太可能受到上层岩石直接塌陷的影响，并且不会在开挖上方保持裸露区域。基于以上认识，我们将工作面屋面分为软屋面，中垂屋面和硬屋面。了解顶岩层的分类可以提高矿山管理的安全性。

2.矿采掘工作面顶板问题研究

(1)煤壁冒顶问题

在煤矿开采中，由于煤层顶板中会产生一些裂缝，使得岩石的结构发生变化，煤矿开采过程中会有振动产生，所以煤矿所受压力会重新进行分布面出现问题，并且支撑结构的稳定性不符合安全标准，可能会导致工作面出现问题。顶板塌陷发生在煤墙上，因此，应采用及时合理的支护方法，并应动态监测顶板压力。

(2)梁端头冒顶问题

在煤矿开采过程中，机器头部或尾部的位置经常移动，从而导致该位置的机架反复移动，并且屋顶反复倾斜。同时，煤矿开采的主要压力会相互叠加在一起，使得工作面两端的压力全部集中在顶板上。同时，工作面和所连接的轨道的支撑不符合施工要求，则也可能会在现场造成车顶掉落问题。因此，这是管理采矿区顶板的关键步骤。

(3)工作面放顶线冒顶问题

图2 工作面冒顶支护

随着采煤的不断推进，采煤前缘的顶板将明显下陷，当岩层中有一层岩石时，它会不稳定并在回采作业中移动，将对支架产生严重影响。另外，在撤回支柱时，如果将所有支柱拆除，则屋顶可能会塌陷并倒下，威胁到操作人员的安全，因此有必要在此环节加强屋顶安全管理。

(4)掘进工作面煤(岩)壁冒顶问题

在掘进工作面的煤（岩石）破碎操作（爆破）期间，破碎的煤（岩石）可能在路头顶部生成。因为它与碳素体（岩石）之间的连接被破坏，所以一旦支撑物未达到设计强度，碳素体（岩石）可能会塌陷造成安全事故。另外，掘进作业要有足够的支撑阻力，并且要及时的支撑掘进工作面的相应顶板，否则会导致顶板掉落。

(5)交岔巷道冒顶问题

由于在采矿和挖掘活动中需要修建道路交叉口，并且道路交叉口的跨度必须大，而且还要有较高的应力，所以非常容易出现屋顶掉落的事情。特别是在支撑力不发生改变的时候，屋顶掉落事故出现的可能性很高，例如碳（岩石）体的分离和屋顶的掉落，并且这种事故的隐患很难尽早发现，使其成为屋顶管理的关键。

(6)地质构造面冒顶问题

煤矿企业在进行井下开采工作时，时常会发生诸如断层，褶皱，灌丛带，塌陷柱等地质构造带。由于原位应力的影响，这些地质构造区发育出煤（岩）裂，集中应力和压力支撑。容量低，当地质量数据不清楚，支撑方法和强度选择不当以及屋顶坠落情况非常容易出现，造成屋顶很难进行管理。

3.煤矿采掘工作面顶板管理问题的解决策略

(1)逐渐完善顶板管理机制

煤矿企业需要非常注重顶板的妥善管理，以预防顶板管理工作为重点，切实减少顶板坠落事故的发生。煤矿企业应该不断完善支护措施，合理的使用高强度支护，密闭支护，端部支护，切屑支护和特殊支护等措施。有很多方法可以确保采矿作业的安全性。同时，在开采过程中，应进行定期检查，并采取薄屋顶管理措施，以确保支护的安全性和可靠性，以避免发生事故和财产损失。

(2)掘进地质构造带顶板管理措施

在隧道施工作业中，应采用高强度的支撑方法从结构表面支撑和操纵顶板，以免发生严重的安全事故，例如从顶板坠落。目前，在隧道工作面最常使用它来进行或推进对结构带的勘探和支撑，以确保采矿作业的安全。这种支撑方法不仅易于操作，而且可以有效地支撑较大的屋顶面积，还可以与局部回填和水泥技术相结合，以提高屋顶结构的完整性。应注意地质构造带支持方法的选择。有必要了解地质构造，床层发育程度和煤（岩）体的承载阻力，并结合车道的宽度和高度以及煤层的压力合理选择支撑方法。

(3)地质构造带顶板管理措施

煤矿企业需要安排有较多经验的专业技术人员来冲击工作面的顶部和碳壁，以准确确定是否存在诸如浮碳分离或脉石的问题。降低顶板压力时，施工人员应根据端面距离的实际长度设置顶板高度，并将矩形木材和其他材料与木炭墙平行放置。操作员还可以采用液压前向扫描伸缩梁或挡泥板作为支撑，以防止二次屋顶坠落事故。此外，前探测梁应与钢针和临时支柱的插入相结合，以及时支撑屋顶，以确保屋顶结构的安全性和稳定性。

(4)煤矿采掘工作面巷道顶板管理措施

图3 巷道支护

在管理采煤工作面和巷道顶板的安全中，首先要坚持预防管理的原则，合理选择合理的支护方法，以确保采矿工作的安全。①在煤矿巷道的支护作业（图3）中，所采用的刚性支座应尽可能选择功能可调的装置或扣环式的装置。其中，拱形闩锁式金属支架可以有效地提高屋顶结构的稳定性，并具有较好的支撑效果，这就是为什么它被广泛使用的原因。如果采用螺栓和喷射混凝土支撑方法，则应尽可能采用预应力螺栓（锚索）型支撑。②在煤矿基坑施工中，当基坑前部煤（岩）的硬度满足使用前梁的条件时，应尽量采用前梁尽可能地进行施工。最常见的前探测光束包括单光束，三回路和悬吊式，而一光束三回路的前探测光束已在现在的煤矿采煤实践中进行普遍的使用。③当开挖道路的屋顶主要为页岩时，疏松区通常距井头约30m，其延伸范围通常在0.5m至1.2m之间。当煤矿开挖道路的顶板主要是石灰石时，松散圆通常距离道路70m，松散范围主要是大约0.4m。此外，锚的强度必须控制在60kN至90kN之间。④在采煤工作面顶板的管理中，应积极采用小钻，小载荷，小锚杆三大支护技术，特别是在应用锚网，锚杆等材料后。锚形梯形钢梁，其支撑效果可进一步增强。此外，喷砂喷射混凝土技术也是吊顶支架中有效的支撑方式，可以有效提高吊顶支架的整体性和稳定性。