文/曹曉鵬

綜采放頂煤工作面頂板管理及安全措施

文/曹曉鵬

近年來(lái)，放頂煤采煤方法在煤礦得到廣泛應(yīng)用，對(duì)提高全國(guó)煤炭產(chǎn)量發(fā)揮了重要作用。但有些煤礦對(duì)放頂煤開(kāi)采工藝的特殊要求認(rèn)識(shí)不足，未能嚴(yán)格執(zhí)行放頂煤開(kāi)采安全管理的有關(guān)規(guī)定，特別是頂板管理方面存在重大安全隱患，嚴(yán)重威脅礦井的安全生產(chǎn)，甚至發(fā)生了重大事故。本文從陽(yáng)泉市燕龕煤炭有限責(zé)任公司程莊煤礦15302工作面的實(shí)際情況出發(fā)，對(duì)放頂煤工作面頂板管理進(jìn)行了研究,闡述了放頂煤工作面頂板管理的特點(diǎn)和方法。

一、工作面概況

程莊煤礦位于陽(yáng)泉市郊區(qū)河底鎮(zhèn)程莊村，井田面積8.9476平方公里，保有儲(chǔ)量11467.8萬(wàn)噸，可采儲(chǔ)量5999.7萬(wàn)噸，可采煤層3#、8#、9#、12#、15#，先主采煤層9#、15#。

地質(zhì)資料顯示，15#煤層賦存角度2°～13°，煤層厚度6.5～8.65m，平均厚度7.38m，底煤開(kāi)采厚度2.8m，放頂煤高度為4.58m，采放比為1∶1.64。無(wú)煤(巖)和瓦斯(二氧化碳)突出危險(xiǎn)性，頂板冒放性較好，水文條件屬中等，符合放頂煤開(kāi)采的相關(guān)規(guī)定。

放頂煤工作面回采率為底煤95%、頂煤80%，采用綜采放頂煤回采工藝。根據(jù)設(shè)計(jì)，15302工作面采用ZF4400-17/30型放頂煤液壓支架支護(hù)頂板，過(guò)渡架為ZFG4800-19/32型液壓支架，順槽超前支護(hù)采用DW31.5-250/100型單體液壓支柱配φ20cm×5m木板梁聯(lián)合支護(hù)。

二、綜采工作面頂煤冒放性分析

開(kāi)采深度。實(shí)踐表明，頂煤冒放性隨著開(kāi)采深度的增大而加強(qiáng)。當(dāng)開(kāi)采深度小于100m時(shí)，頂煤冒放性差；當(dāng)開(kāi)采深度大于 400m時(shí)，頂煤易于冒落。程莊煤礦15#煤層平均埋深380m左右，從開(kāi)采深度看，頂煤冒放性為中等。

煤層強(qiáng)度。煤層強(qiáng)度是影響頂煤冒放性的關(guān)鍵因素。數(shù)據(jù)顯示，井田15#煤硬度系數(shù)在2～4左右，其自然狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度小于20MPa，按此推論15#煤冒放性較好。

煤層厚度。一次采出的煤層厚度以5～12m為宜。頂煤厚度太小，易發(fā)生超前冒頂，含矸率增大；頂煤厚度過(guò)大，破壞不充分，采出率低。15#煤煤層厚度6.5～8.65m，較適合放頂煤開(kāi)采。

煤層結(jié)構(gòu)。15#煤層為炭質(zhì)泥巖，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，故對(duì)頂煤冒放性不會(huì)產(chǎn)生較大的影響。

頂煤節(jié)理裂隙。頂煤節(jié)理裂隙發(fā)育程度直接影響到頂煤的冒放性，節(jié)理裂隙發(fā)育的煤層，頂煤在支承壓力的作用下易于破碎，節(jié)理裂隙越發(fā)育，頂煤的冒放性就越好，就越易于放出。15#煤層節(jié)理、裂隙發(fā)育中等，不需要對(duì)頂煤采取軟化措施，有利于頂煤冒放性。

頂板條件。影響煤層冒放性的煤層頂板包含直接頂和老頂兩部分。直接頂對(duì)頂煤的壓裂無(wú)直接影響，但直接頂能夠隨采隨冒并具有一定厚度是放頂煤開(kāi)采頂煤破碎冒落后能夠順利放出的基本條件，否則不利于頂煤的回收。結(jié)合程莊煤礦實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，15#煤層直接頂初次垮落步距15m，老頂板初次來(lái)壓步距20～30m，周期來(lái)壓步距15～20m。煤層頂板隨采隨冒,頂板冒落后填滿采空區(qū)，冒放性較好。

三、工作面頂煤冒放性評(píng)價(jià)

根據(jù)頂煤冒放性評(píng)價(jià)步驟，結(jié)合采場(chǎng)條件，按采深與煤層強(qiáng)度之比值與隸屬度值、直接頂巖性與隸屬度值、老頂級(jí)別與隸屬度值、采放比與隸屬度值、煤層節(jié)理裂隙間距與隸屬度值、夾矸層厚度與隸屬度值、夾矸層強(qiáng)度與隸屬度值等，計(jì)算出工作面采區(qū)頂煤冒放性隸屬度值。

計(jì)算公式：μ=ΣAi×μi

式中∶μ—頂煤整體冒放性隸屬度值，其標(biāo)準(zhǔn)詳見(jiàn)表1。

Ai—各影響因素的權(quán)重，其取值詳見(jiàn)表2。

μi—各影響因素的隸屬度值，其取值詳見(jiàn)表3。

表1 頂煤整體冒放性分類表

表2 頂煤冒放性各影響因素權(quán)重分配表

表3 頂煤冒放性各影響因素的隸屬度取值表

μ=0.85×0.23+0.8×0.12+0.6× 0.1+0.85×0.14+0.85×0.14+0.8× 0.12+0.8×0.15=0.81

根據(jù)上列公式結(jié)果，程莊煤礦15302綜采工作面頂煤冒放性屬“中等”。

四、頂板支護(hù)設(shè)計(jì)和頂板來(lái)壓安全措施

1.工作面支護(hù)

15302綜采工作面設(shè)計(jì)采用121架ZF4400-17/30型放頂煤液壓支架和6架ZFG4800-19/32型過(guò)渡支架（實(shí)現(xiàn)了工作面中間支架與端頭臺(tái)棚支護(hù)的過(guò)渡）聯(lián)合支護(hù)頂板，共127架。支架的中心距為1.5m，工作面最大控頂距4.9m，最小控頂距4.3m。

2.兩順槽超前支護(hù)

兩順槽超前維護(hù)距離為20m。在進(jìn)風(fēng)順槽靠煤溜側(cè)支設(shè)一趟抬棚超前工作面20m，1梁4柱；若巷道壓力增大、變形嚴(yán)重時(shí)，必須保證為1梁5柱或6柱。超前支護(hù)要依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，支打3～5路抬棚，柱為單體柱。超前支護(hù)必須嚴(yán)格按照要求打好、打牢支柱，并成一條直線。所有支柱必須使用規(guī)格柱帽，且超前支護(hù)工作不能與同一地點(diǎn)其他工作平行作業(yè)。

3.端頭支護(hù)

工作面上、下端頭各設(shè)兩架過(guò)渡架管理頂板，前、后溜機(jī)頭（尾）用四趟交錯(cuò)過(guò)溜抬棚維護(hù)，兩溜中間支設(shè)單體柱四排，1梁4柱。若巷道壓力增大、變形嚴(yán)重時(shí)，可增加單體柱數(shù)量，變?yōu)?梁5柱或6柱。

4.初次和周期來(lái)壓安全措施

根據(jù)分析可知，15302綜采工作面頂煤垮落程度較好。

（1）初次來(lái)壓。初次來(lái)壓時(shí)，程莊煤礦成立初次放頂領(lǐng)導(dǎo)小組。帶班班長(zhǎng)對(duì)工作面上、下順槽支護(hù)及頂板動(dòng)態(tài)情況進(jìn)行巡檢，每2小時(shí)檢查一次，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)匯報(bào)并進(jìn)行處理。

（2）周期來(lái)壓。周期來(lái)壓前，必須保證兩巷超前支護(hù)質(zhì)量達(dá)規(guī)程要求，班長(zhǎng)及驗(yàn)收員必須進(jìn)行巡回檢查，發(fā)現(xiàn)有不符合要求的支柱立即重新支設(shè)，并嚴(yán)格執(zhí)行頂板管理的有關(guān)規(guī)定。

（3）頂板壓力觀測(cè)。為準(zhǔn)確掌握回采工作面液壓支架阻力、老頂初次來(lái)壓、周期來(lái)壓等相關(guān)數(shù)據(jù)，程莊煤礦在工作面順槽超前及端頭設(shè)置檢測(cè)站，用壓力檢測(cè)儀進(jìn)行觀測(cè)。采取動(dòng)態(tài)分析、專人負(fù)責(zé)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)礦壓顯現(xiàn)異常時(shí)，及時(shí)向生產(chǎn)技術(shù)科和隊(duì)值班室匯報(bào)，并協(xié)助采取相應(yīng)處理措施。

五、結(jié)語(yǔ)

頂板管理是煤炭生產(chǎn)中非常重要的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，不僅關(guān)系到煤礦安全狀況，同時(shí)關(guān)系到煤礦生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益的提升。加強(qiáng)頂板管理，減少頂板事故，是保證安全生產(chǎn)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

（作者單位：山西省陽(yáng)泉市燕龕煤炭有限責(zé)任公司）

（責(zé)任編輯：周瓊）