王杰

(太原理工大學(xué),山西太原 030024)

“三軟”煤層頂板控制探析

王杰

(太原理工大學(xué),山西太原 030024)

對(duì)于煤礦企業(yè)來說,煤礦井下采掘工作面頂板的管理是重點(diǎn)也是難點(diǎn),因頂板管理不善而引發(fā)事故人員傷亡幾乎占到井下所有事故死亡人數(shù)的40%,為確保煤礦安全生產(chǎn),必須從多個(gè)層面分析頂板事故發(fā)生的原因,加強(qiáng)煤層頂板管理,杜絕安全事故的發(fā)生?！叭洝泵簩右蝽?shù)装鍘r性條件變化大,復(fù)合頂板條件下圍巖表面破碎,整體性差,支護(hù)困難,因此更應(yīng)該做好頂板控制工作,確保煤礦安全生產(chǎn)。

“三軟”煤層 頂板 控制

隨著開采水平進(jìn)一步向深部延伸，很多礦區(qū)進(jìn)入深部開采后礦壓顯現(xiàn)越來越嚴(yán)重，尤其是采區(qū)上山巷道受采動(dòng)影響造成巷道變形破壞嚴(yán)重，局部巷道底鼓嚴(yán)重。不少礦區(qū)的煤層頂?shù)装迤毡闉槟鄮r、炭質(zhì)泥巖和砂質(zhì)泥巖，單軸抗壓強(qiáng)度為6.9-56.6MPa，變化大，硬度系數(shù)為0.52-0.69，頂板分類多屬Ia類，屬于典型的“三軟”煤層，頂?shù)装骞芾黼y度大。上山變形破壞的機(jī)理以及保護(hù)煤柱寬度的合理確定成為目前很多礦區(qū)急需解決的一大難題。再加上不少礦井上山保護(hù)煤柱留設(shè)不合理，導(dǎo)致上山巷道嚴(yán)重變形、破壞，反復(fù)維修，甚至影響巷道的正常使用。另外上山保護(hù)煤柱的寬度，各礦留設(shè)不盡相同，沒有一個(gè)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，要么導(dǎo)致煤炭資源的極大浪費(fèi)，要么造成上山巷道受采動(dòng)影響劇烈，沒有達(dá)到保護(hù)上山巷道的目的。因此本文重點(diǎn)探索“三軟”煤層的頂板控制技術(shù)，為確保煤礦安全生產(chǎn)提供有力的理論支持。

1 頂板事故的發(fā)生主要原因

(1)由于采煤生產(chǎn)中不斷要進(jìn)行機(jī)頭機(jī)尾的移置工作，在拆除舊支柱設(shè)置新支柱時(shí)，已經(jīng)斷裂的頂板可能進(jìn)一步松動(dòng)冒落；和回采工作面相連的一段巷道支架的支撐力小，很難控制直接頂?shù)南鲁辽踔疗扑椋夭擅娴牟粩嗤七M(jìn)在拆卸過程中破碎頂板可能冒落。

(2)掘進(jìn)破巖后頂部有與巖體失去聯(lián)系的巖塊，如支護(hù)不及時(shí)而造成冒落，或者掘進(jìn)工作面附近支護(hù)部分頂部有與巖體失去聯(lián)系的巖塊，一旦失效就會(huì)造成事故。

2 “三軟”煤層頂板控制技術(shù)

2.1 強(qiáng)化監(jiān)控工作面礦壓,合理地管理頂板

創(chuàng)建和完善礦壓預(yù)報(bào)和頂板監(jiān)測(cè)機(jī)制。在每一個(gè)班次上，采煤區(qū)都設(shè)置觀測(cè)者，仔細(xì)地監(jiān)控礦壓，技術(shù)科設(shè)置礦壓組，擔(dān)負(fù)監(jiān)控采煤工作面的礦壓，定期地指導(dǎo)和抽查，在每個(gè)月的時(shí)候進(jìn)行歸納和提出合理化的建議或者是意見；監(jiān)測(cè)者真正地注重五個(gè)過程，即檢測(cè)、補(bǔ)改、驗(yàn)測(cè)、填報(bào)、處理，確保數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的穩(wěn)定性與真實(shí)性，實(shí)時(shí)地整改出現(xiàn)的問題，對(duì)觀測(cè)記錄進(jìn)行仔細(xì)地填寫，實(shí)時(shí)地將礦壓的監(jiān)控現(xiàn)狀匯報(bào)給礦總工程師，區(qū)干部實(shí)時(shí)地執(zhí)行領(lǐng)導(dǎo)閱示的建議意見；認(rèn)真地根據(jù)“重點(diǎn)監(jiān)控特殊點(diǎn)、異常段、重點(diǎn)區(qū)，選測(cè)監(jiān)控正常生產(chǎn)，加強(qiáng)監(jiān)控初放期間，棵棵監(jiān)控裝面收作”原則，進(jìn)行合理和科學(xué)地布點(diǎn)，實(shí)施有目的性地監(jiān)控；遵循初撐力為先之原則，憑借阻力論安全，通過數(shù)據(jù)對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行有效地指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)管理的科學(xué)性；平時(shí)檢測(cè)的內(nèi)容是頂板狀態(tài)參數(shù)(端面冒高、頂板臺(tái)階下沉、頂?shù)装逡平?，支護(hù)參數(shù)(涵蓋支柱鉆底量、支柱末阻力、支柱初撐力等)、實(shí)際測(cè)量頂?shù)装逡平康倪^程中，以頂板的動(dòng)態(tài)以及末排和首排支柱的差值最作為標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 增強(qiáng)支柱的支護(hù),保障支架的可靠性以及安全性

針對(duì)炮采工作面而言，工作面順利回采的根本是支架的可靠性與直接頂?shù)耐暾?，在?yīng)用單體液壓支柱的工作面，除了確保基本支柱跟需要相適應(yīng)之外，需要努力借助獨(dú)特的支架使得支架的可靠性與支護(hù)強(qiáng)度增加。一是在周期來壓和老頂初次來壓期間，實(shí)施的策略是順著放頂線里側(cè)將一排戧棚打上。工作面支架不僅僅順著走向的趨勢(shì)，還順著傾斜的走向趨勢(shì)，有著可靠性與整體性的特點(diǎn)，并且也使得頂板的下沉減少。二是放炮支護(hù)借助超前掛梁背頂，將一排臨時(shí)貼幫柱實(shí)時(shí)地打好，如此不但能夠避免老頂和直接頂?shù)拿罕谄瑤鸵约半x層情況的出現(xiàn)，而且還能夠使支柱運(yùn)行阻力與支架承載能力提高，以使老頂和直接頂間的摩擦阻力增加，避免老塘側(cè)抽頂，以有助于直接頂完整的維護(hù)。此外，在在工作面的一系列支柱實(shí)施穿柱鞋，在需要的時(shí)候下底梁，以避免支柱的鉆底，在行人道上，借助笆片和塘材將行人臺(tái)階檔好，以避免因?yàn)榈装逅绍浶腥硕鴮?dǎo)致的底煤下流，避免支柱的倒棚和失腳，進(jìn)而保障工作面回采的順利進(jìn)行與安全性。

2.3 遵循循環(huán)正規(guī)作業(yè),以使工作面的推進(jìn)加快

避免冒頂?shù)年P(guān)鍵性策略是循環(huán)正規(guī)作業(yè)。工作面循環(huán)順利，較快地推進(jìn)，懸露頂板的壓力小、時(shí)間短，支架受力就小，這有助于對(duì)頂板進(jìn)行控制。不然，冒頂就會(huì)出現(xiàn)。結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，在工作面一天一個(gè)循環(huán)的情況下，相同觀測(cè)位置頂板的下沉量大大地減少。因此，遵循循環(huán)正規(guī)作業(yè)的原則，可以使工作面的推進(jìn)速度增快，從而使得頂板下沉量大大地減少，以及使工作面的工作現(xiàn)狀得以改進(jìn)和完善。

2.4 嚴(yán)把工程質(zhì)量管理,避免出現(xiàn)頂板事故

務(wù)必根據(jù)作業(yè)規(guī)程的要求實(shí)時(shí)地支護(hù)工作面，不允許空頂進(jìn)行。務(wù)必牢固地架設(shè)任何的支架，不允許將支架架設(shè)在浮矸或者是浮煤上，支柱應(yīng)當(dāng)迎山有力，將大棚檔消滅，確保支柱具備充足的初撐力。實(shí)時(shí)地更換或修復(fù)出現(xiàn)失效的支架以及損壞和碰倒的工作面。在爆破工作面之后，應(yīng)實(shí)時(shí)地掛梁過頂，盡可能地使懸頂?shù)臅r(shí)間縮短，齊梁安置金屬鉸接頂梁，過頂時(shí)增加搪材與借助雙笆，且全面地封閉采空區(qū)和工作面煤壁、頂板。倘若工作面發(fā)生頂梁端面距過大、煤壁片幫、頂板破碎的情況，務(wù)必事先掏窩掛梁護(hù)柱頂板，避免工作面的抽頂、冒頂。

3 結(jié)語

總而言之，對(duì)于“三軟”煤層頂板的控制來講，只要有效地統(tǒng)一實(shí)踐以及理論，因地制宜，結(jié)合巷道礦壓與圍巖的特性，科學(xué)地選用支護(hù)參數(shù)，憑借科學(xué)技術(shù)，實(shí)施創(chuàng)新，強(qiáng)化管理，以及實(shí)施有目的性的策略和方法，就能夠搞好“三軟”煤層頂板的控制，最終促進(jìn)綜放工作面的順利采掘，并且大大地減少和防止出現(xiàn)事故，推動(dòng)生產(chǎn)的安全性。

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王杰(1981—),男,漢族,山西大同人,2003年7月畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)數(shù)力系數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè),現(xiàn)在山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司大陽煤礦分公司從事采礦技術(shù)與管理工作。