回采工作面支护及顶板控制措施

2023-03-29赵永明

西部探矿工程 2023年1期

赵永明

（山西省煤矿安全保障中心，山西太原 030009）

顶板事故是煤矿开采比较多发的事故，这是由于煤矿的环境本身比较复杂，此外防护工作做的不到位导致的。作为防止顶板事故、保障煤矿生产安全的有效措施，顶板支护需要根据煤矿工作面的实际情况，选择不同的顶板支护类型及方法。但当前仍有部分煤矿企业，存在着顶板支护管理上的漏洞，因此对顶板支护开展控制与指导就变得势在必行。

1 回采工作面顶板支护及控制技术要点

支架是回采工作面顶板支护首选的方式，支架能保障回采有充足的工作空间，并且也能平衡采空区的顶板压力，但同时也需要工作区具备基础条件，保障支架能发挥出应有作用：①可伸缩性是工作面必备的基础条件；②确保采空区有较高的支撑性能，满足支架安装的基础需求；③工作面的支撑力和可缩性之间，需要存在一定关系。在满足上述三个条件的基础上，才能有效安装支架。

而回采工作面顶板支护及控制技术要点，则集中在支架及顶板支护方式的选择上。选择支架时需要着重关注支架的类型、规格和工作阻力，才能确定能满足工作需求的支架。在当前阶段，液压支架是大多数煤炭企业选用的支架，而根据各企业及煤矿的实际情况，液压支架也有着支撑式、掩护式和支撑掩护式三种不同的支护形式，此外，由于煤矿顶板各有各的特点，支架作用位置也不尽相同，液压支架也分为高阻力和大倾角两种形式。根据岩层顶板的实际情况，结合支架的规格和类型，才能计算出支架能够支撑的工作阻力大小。工作面的超前支护与顺槽支护，也是顶板支护工作不可忽视的重要环节。相较于其他工作而言，这两项工作较为特殊，超前支护可以将顶板动压的影响降到最低，保障煤矿开采的安全性，结合支护的距离，选择使用的支架也有所区分。在支护距离小于5m时，选择拱形梁、单体液压支柱；而针对大于5m 但小于20m的超前支护工作，则需要借助梯形梁、单体液压支柱和双排金属铰接项梁实现。无论是哪种支护形式，都需要选择十字顶梁，当然，双向铰接顶梁也可以起到一定的替代作用，满足支架对性能上的要求。将锚固系统应用于工作面的顺槽断面，利用较高的强度与预应力，避免顺槽支护出现变形，相对而言性价比较高[1]。

回采工作面顶板支护也需要具备一定条件：①在5m 内开展移架工作，并且按照固定的顺序进行；②将液压支架定量和工作面顶板的角度控制在7%以内；③控制好各支架之间的紧密性，确保误差小于200mm；④液压支架的初撑力必须高于80%；⑤准备好相应的护顶材料，为松软顶板的支护做好准备。在满足以上条件的前提下，才能发挥出顶板支护应有的作用。

2 回采工作面顶板支护原因及解决措施

煤矿井下作业本身就是危险性较高的工作，而顶板事故也比较容易出现。根据顶板事故的具体情况，也可以分为三种不同形式：①压垮顶板事故，主要是由于支架支撑力不足，顶板压力相对较高，出现不稳定情况进而导致压垮事故；②漏冒顶板事故，由于工作面顶板的强弱不同，漏冒顶板事故的发生概率也不同。一般而言，漏冒事故发生于松软顶板；③推垮事故，顺着顶板方向，支架也会承受较高的推力，如果支架缺乏强大的支撑性能，推垮事故也就随之而来。在大多数情况下，冒顶顶板事故的发生概率是最高的，而结合冒顶具体的范围和程度，也分为局部和大型冒顶顶板事故。局部冒顶事故的发生范围较小，但是相对而言会有更高的出现频率，对人身安全及财产造成的损失较小；大型冒顶事故则完全不同，顶板大范围运动是大型冒顶事故的诱因，一般呈现压垮、推垮等形式，对人身安全及财产的损害较大。大型冒顶事故往往会出现在开切眼附近、放顶线附近等不稳定区域，此外，由于缺乏规范严格的支护管理工作，也让大型冒顶事故的发生概率明显提升。因此，必须采取有效控制措施，防范冒顶事故对财产及人身安全造成无法挽回的损失[2]。

避免顶板事故可以通过两方面实现，丰富煤矿开采经验，做好勘察工作，及时采取安全预防措施，以及强化顶板支护控制管理。而顶板事故的安全预防，需要着重掌握两点：①做好冒顶事故的预防工作，一旦发现顶板掉渣、裂缝、脱层等现象，以及在煤矿开采时听到不正常的声音，需要立即停止作业并退出煤矿，做好侦测与观察，采取合理有效的行动；②掌握敲帮问顶的方法，结合顶板和岩壁的声音，了解岩层实际情况，为后续作业打好基础。如果顶板是正常的，在敲击顶板时会发出清脆的响声，而如果顶板存在问题，回馈的响声往往比较空洞，需要进一步观察和采取支护措施。一旦发生了冒顶事故，需要煤矿企业第一时间采取有效措施，保障被困人员的人身安全，及时开展救援工作，检测发生冒顶事故的原因，总结经验教训，为后续顶板支护管理工作提供参考，也最大限度降低冒顶事故造成的损失。

3 回采工作面支护及顶板控制措施

3.1 构建顶板安全系统，规范管理模式

顶板支护管理工作涉及到四个层面，即工作面设计、液压支架选择、液压支架使用及维护监测工作，这也是构建顶板安全系统的重点。对工作面的设计要保障安全性、科学性，需要有专业的设计团队负责，深度考察煤矿区域的地质情况，了解煤炭的分布情况及断层数量、断层落差等具体数据信息，做好开采前准备，并设计出科学合理的工作巷道结构图。煤矿地质岩样分析如图1所示。

图1 煤矿地质岩样分析

在煤矿开采作业过程中，需要严格按照结构图进行，在遇到问题时第一时间商讨，合理更新与改进结构图，这样才能保障煤矿开采的安全性，也能提升煤矿的开采效率。在选择液压支架时，需要根据煤矿工作面的实际情况，参考支架的结构、型号以及成本要素，结合工作实际选择不同类型的支架，并做出符合工作面的改进。在使用液压支架时，也需要掌握液压支架的使用要点，遵守支护的注意事项，规范安装并使用液压支架，才能发挥出液压支架真正的作用和效能，在出现事故时也能第一时间找出原因并采取有效措施。最后是顶板支护的检修和维护工作，需要根据煤矿开采工作情况，定期对支架开展检修与维护工作，评估已经使用的支架支护性能，及时发现隐含的风险和问题，并第一时间予以解决，防止造成巨大的损失。在大多数矿井事故中，矿压变化往往是最主要的原因，构建完善的矿压检测系统，及时掌握矿压的具体变化，也能做出合理调整与维护，确保煤矿生产安全有序推进[3]。

3.2 完善顶板支护过程控制

作为一项系统性工作，过程控制能提升工作面顶板的安全性，在顶板支护控制工作各个环节都能看到过程控制的影子。过程控制主要涵盖了过空巷、过薄基岩、末采回撤等几个关键性过程。工作面初采时需要承受初次来压的挑战，存在一定的悬顶隐患。可以通过PVC管、长短炮眼融合的超深孔爆破强制放顶技术，实现对工作面初采的优化。需要减少工作面悬空物的设置，为初次来压做好准备，开展及时的检修工作，确保工作面顶板达到相关标准，能够承受住压力冲击。经验丰富的工作人员及时根据情况做出判断，第一时间做好疏散工作。过空巷顶板安全措施有两点：①合理的空巷设计；②确保空巷的倾斜角为60°，在此基础上才能开展后续设计工作。确保煤矿底层煤多余顶层煤，才能推进空巷的开采与挖掘，用有效的顶板控制管理措施，保障空巷掘进的安全性。需要强化该阶段的顶板控制管理，做好该工作面的锚固设计，保障支护的坚固性与稳定性。及时推测来压具体位置，方便后续工作及时调整与推进，以及有效维护顶板支架。区别于其他岩层结构，薄基岩的基岩相对较薄，因此在开采煤炭时很容易出现顶板事故，采空区经常会出现薄基岩中的水，对采煤的开展会产生巨大影响。而薄基岩的过程控制措施主要有三点：①液压支架要选择大阻力，并且带有伸缩顶梁的型号；②留下一定厚度的顶层煤，并且将硬化剂注入薄基岩；③强化薄基岩的支架安装及检修工作，做好技术上的处理。在采煤工作面往往能够看到悬顶处理，在回采过程中需要开展对应的放顶处理，往往通过超深孔爆破强制放顶技术进行。而悬空区的情况是比较复杂的，放顶技术的炮眼也要合理选择。在末采回撤环节，在距离回撤通道200m 处开展一次调压；在距离回撤通道5m 处开展二次调压，避免周期来压造成过大冲击。将垛式支架安装在回撤通道中，强化回撤通道的支护，保障回撤通道的安全性。工作面锚固支护设计如图2所示。