魯建明

（山西魯能河曲電煤開發(fā)有限責(zé)任公司 上榆泉煤礦， 山西 忻州 036504）

為了提高采煤安全，分析了采煤工作面頂板管理存在的問(wèn)題，并提出了相應(yīng)的措施，望對(duì)提高采煤安全，促進(jìn)我國(guó)煤炭行業(yè)的發(fā)展有所幫助。

一、煤礦采掘工作面頂板事故原因

（一）巖石性質(zhì)

在采掘面頂板安全事故中，最為常見的事故就是冒頂。冒頂事故的發(fā)生與周邊巖石結(jié)構(gòu)有密不可分的關(guān)系。特別是在掘進(jìn)過(guò)程中碰到軟弱巖石結(jié)構(gòu)時(shí)，整個(gè)巷道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性都會(huì)受到影響，工作面容易發(fā)生應(yīng)變。如果頂板的應(yīng)變超過(guò)閾值，過(guò)大的應(yīng)力就可能破壞頂板結(jié)構(gòu)，釀成冒頂事故。此外，巖石結(jié)構(gòu)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)和工作面結(jié)構(gòu)相互影響，還有可能發(fā)生離層冒頂或者是冒落事故。

（二）開采深度

通常來(lái)說(shuō)，采掘工作面的相對(duì)深度越深，頂板變形或垮塌的可能性就越大。這是因?yàn)槊旱V井的開采深度越深，采掘工作面上部的土層、巖層厚度就越大，因而頂板所承受的重力就越大。所以開采深度越深，就越應(yīng)該重視頂板管理問(wèn)題。

（三）煤層傾角

煤層傾角對(duì)于工作面頂板事故也有誘發(fā)作用。特別是在急傾斜煤巖層開采時(shí)，煤層頂板很可能會(huì)出現(xiàn)抽條現(xiàn)象，底板也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)滑落現(xiàn)象。而在水平煤巖層開采時(shí)則更容易出現(xiàn)頂板冒落的事故。因此，要根據(jù)采掘工作面的煤層傾角采取恰當(dāng)?shù)捻敯骞芾泶胧?/p>

（四）地質(zhì)構(gòu)造

地質(zhì)構(gòu)造因素是誘發(fā)采掘工作面頂板安全事故的另一重要影響因素。在掘進(jìn)采掘工作面時(shí)必須依托現(xiàn)有的地質(zhì)構(gòu)造，而很多礦井的地質(zhì)構(gòu)造都或多或少存在一些原生裂縫或斷層。一些不穩(wěn)定的地質(zhì)構(gòu)造在掘進(jìn)時(shí)也可能產(chǎn)生裂縫。這些裂縫或斷層對(duì)工作面頂板的穩(wěn)定性產(chǎn)生很大的負(fù)面影響，很多冒頂事故都產(chǎn)生于此。更嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致工作面連續(xù)擴(kuò)展冒落，因此，必須重視地質(zhì)構(gòu)造因素的影響。

（五）地下水

地下水位高度、地下水體的運(yùn)動(dòng)、巖層結(jié)構(gòu)含水量同樣是采掘工作面頂板事故的影響因素。舉例來(lái)說(shuō)，采掘工作面附近地下水位高或巖層結(jié)構(gòu)含水量較高，就容易發(fā)生透水，進(jìn)而導(dǎo)致巖塊發(fā)生滑落，最終造成冒落事故的發(fā)生。此外，地下水還影響著采掘工作面周邊巖體的強(qiáng)度，高含水量必然導(dǎo)致巖體強(qiáng)度下降，頂板事故發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)上升。

（六）采高

采高指的是采掘工作面頂板和底板的距離，它也是影響采掘工作面頂板穩(wěn)定的一個(gè)重要因素。通常來(lái)說(shuō)工作面的采高越高，采掘工作面頂板和底板的距離就越大，采掘作業(yè)時(shí)對(duì)頂板巖層結(jié)構(gòu)的影響就更為顯著。若采掘工作面頂板穩(wěn)定性遭到破壞，冒落等安全事故隨之發(fā)生。

二、煤礦頂板的巖層分類

煤礦采掘工作面通常情況下進(jìn)行支護(hù)的主要目的在于控制工作面圍巖的變形狀況，從而為煤礦的開采創(chuàng)造出更高效和安全的空間。結(jié)合煤層和頂板巖層的位置，可以將頂板的巖層分為以下幾層：1.老頂（基本頂）；2.直接頂；3.偽頂；4.煤層。

（一）偽頂巖層

這種巖層處于煤層上層，厚度并不大，比較容易跨落。煤落的瞬間容易出現(xiàn)整塊坍塌，這種偽頂巖層的厚度通常為0.3 m～0.5 m之間。

（二）直接頂巖層

這種巖層處于煤層上或偽頂巖層的上方，主要是頁(yè)巖、砂巖和泥質(zhì)頁(yè)巖共同構(gòu)成。當(dāng)工作面支架撤回時(shí)，這個(gè)巖層可能會(huì)出現(xiàn)坍塌。

（三）老頂巖層

這種巖層處于直接頂巖層上面，但是和直接頂巖層之間保持了一定距離，厚度比較大，同時(shí)比較堅(jiān)硬，主要由砂礫巖、石灰?guī)r和砂巖構(gòu)成。這種煤層通常情況下是不會(huì)伴隨直接頂巖層垮落，它會(huì)在采掘空區(qū)的上層保持一個(gè)比較大的懸露面積。由頂板的管理角度來(lái)看，頂板可以分成松軟頂板、中等垮落頂板及堅(jiān)硬頂板，按照頂板分類進(jìn)行頂板事故的控制能夠更加切實(shí)有效。

三、加強(qiáng)工作面頂板的管理對(duì)策

（一）加固局部煤層頂板

在煤礦開采過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)局部煤層支護(hù)的重視程度?？萍及l(fā)展及人們能源需求量的日益增加，使煤礦作業(yè)掘進(jìn)深度變得更深，這導(dǎo)致煤層之間壓力變得更大，很容易導(dǎo)致煤巖層之間出現(xiàn)離層，最終頂板因?yàn)槭艿綁毫υ絹?lái)越大，其穩(wěn)定性將無(wú)法得到保證。因此，在煤礦采掘過(guò)程中，要加強(qiáng)對(duì)局部煤層支護(hù)的程度，提高煤巖層支撐力，減少冒頂事故發(fā)生。通常情況，局部厚煤層支護(hù)采用的主要方式是在構(gòu)造兩側(cè)開展支護(hù)工作，采用該方式不僅控制范圍廣，且具有支撐能力較強(qiáng)、穩(wěn)定性高、操作性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。實(shí)際上，該種施工方式的原理就是利用局部填充方式取代垮落煤層，從而對(duì)頂板進(jìn)行管理，通過(guò)這樣的操作可使構(gòu)造支撐更加完整，同時(shí)使煤層穩(wěn)定性得到進(jìn)一步提高。如果在開采過(guò)程中，支柱中心位置產(chǎn)生了變化，很可能引起傾倒，從而引發(fā)安全事故。由此可見，在實(shí)際煤礦采掘過(guò)程中，需針對(duì)不同情況，選取適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)方式，從而使頂板穩(wěn)定性得到提高，降低安全事故發(fā)生。

（二）管理穩(wěn)定煤層頂板

煤礦采掘過(guò)程中不僅要貫徹國(guó)家有關(guān)規(guī)定，同時(shí)要與實(shí)踐操作經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，依據(jù)實(shí)際情況做好對(duì)穩(wěn)定煤層的管理工作。在工作過(guò)程中要依據(jù)相關(guān)規(guī)定對(duì)支柱質(zhì)量進(jìn)行把關(guān)，包括質(zhì)量核定和定期檢查工作。a)在質(zhì)量核定過(guò)程中需確保支護(hù)穩(wěn)固整齊；b)操作過(guò)程中要對(duì)四種特殊支護(hù)進(jìn)行正確使用，即貼幫、端頭出口、超前、切頂四種支護(hù)；c)要足夠重視采煤過(guò)程中的初次放頂工作，控制好各個(gè)工作之間的銜接，初次放頂前要編制好對(duì)策，每項(xiàng)工作都要有專人負(fù)責(zé)，推行責(zé)任制，直到工程竣工；d)管理過(guò)程中，需使用頂板動(dòng)態(tài)儀器對(duì)超前支撐壓力發(fā)生的變化進(jìn)行觀測(cè)，避免因?yàn)槌惺軌毫^(guò)大而發(fā)生冒頂跨面事故。

（三）管理掘進(jìn)工作面與巷道頂板的措施

對(duì)掘進(jìn)工作面和巷道頂板的管理主要有以下內(nèi)容：a)應(yīng)對(duì)光爆錨噴技術(shù)和“三小”技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用和推廣，在采掘過(guò)程中無(wú)論是軟巖巷道還是硬巖巷道，都應(yīng)采用該技術(shù)。利用錨W鋼帶、錨梯型鋼筋、錨網(wǎng)代替錨桿，同時(shí)應(yīng)使用小錨桿、小藥卷、小鉆頭并對(duì)其進(jìn)行推廣；b)如果巷道頂板為泥頁(yè)巖，在掘進(jìn)頭30 m外將會(huì)存在0.8 m左右的松動(dòng)范圍；如果巷道頂板為泥炭質(zhì)頁(yè)巖，頂板應(yīng)有1.6 m左右的松動(dòng)范圍；如果在10 m出巷道處于穩(wěn)定，砂巖巷道頂板將會(huì)存在1.1 m左右的松動(dòng)范圍；在掘進(jìn)頭趨近70 m時(shí)石灰?guī)r巷道趨于穩(wěn)定，存在0.4 m左右的松動(dòng)范圍。在實(shí)際操作過(guò)程中，如果出現(xiàn)上述任意一種情況，應(yīng)確保錨桿具有20 kN～50 kN的錨固力。在實(shí)際煤礦采掘過(guò)程中前碳鋼的種類可分為一梁二環(huán)式和一梁三環(huán)式等，可選用卡環(huán)式和可調(diào)式工字鋼，選擇卡栓式拱形金屬支架。此外，在設(shè)置沿空巷道煤柱時(shí)要注意以下事項(xiàng)：a)壓力降低區(qū)范圍應(yīng)為0 m～7 m；b)壓力升高區(qū)范圍應(yīng)為7 m～30 m。因此，在實(shí)際采煤工作中的沿空送巷應(yīng)在工作面兩側(cè)7 m內(nèi)完成，如果在施工過(guò)程中因?yàn)樘厥鈼l件限制，可對(duì)工作面兩側(cè)范圍進(jìn)行調(diào)整，留設(shè)不小于30 m的護(hù)巷煤柱，確保施工安全性。

（四）提高工作人員專業(yè)素養(yǎng)

在煤礦的整個(gè)管理過(guò)程中必須要堅(jiān)持“以人為本”的原則，施工過(guò)程中必須重視對(duì)施工人員的教育和例會(huì)管理，提高員工的責(zé)任感。對(duì)員工展開定期培訓(xùn)，提高員工的綜合素質(zhì)，確保員工在施工過(guò)程中正確把握每一個(gè)環(huán)節(jié)的施工要點(diǎn)，提高安全性和專業(yè)度，使管理更加可靠。

（五）做好局部采掘工作面頂板支護(hù)加固

開采深度不斷加深，煤層間的壓力會(huì)隨之不斷加大，因此更可能發(fā)生煤巖層離層現(xiàn)象。這一現(xiàn)象會(huì)直接導(dǎo)致采掘工作面頂板應(yīng)力不斷加劇，穩(wěn)定性降低。因此，在做好采掘工作面頂板管理的同時(shí)，必須要重視局部采掘工作面頂板的支護(hù)加固工作，強(qiáng)化頂板巖層的支撐能力，提升頂板穩(wěn)定性，降低頂板事故發(fā)生概率。當(dāng)煤礦采掘工作面遇到局部厚煤層時(shí)，通常會(huì)在煤層構(gòu)造帶兩側(cè)進(jìn)行支護(hù)，利用局部位置的支護(hù)來(lái)代替施工中已垮落的煤層，對(duì)頂板起到支撐作用。其優(yōu)點(diǎn)在于支撐強(qiáng)度大，頂板穩(wěn)定性好可控范圍較大且易于操作。但該方法并非一勞永逸，若煤層繼續(xù)加厚，采高進(jìn)一步升高，則煤礦礦井的礦壓效應(yīng)逐漸凸顯，采掘工作面的支柱不斷加高，支護(hù)的穩(wěn)定性降低。若頂板支護(hù)的中心位置發(fā)生變化，支柱容易發(fā)生傾倒，發(fā)生冒頂、冒落等安全事故。此時(shí)要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，采取合適的支護(hù)方式，保障采掘工作面頂板的穩(wěn)定性。

（六）應(yīng)用敲幫問(wèn)頂

敲幫問(wèn)頂指的是施工人員在進(jìn)入采掘工作面前，先利用撬棍、長(zhǎng)鋼釬等工具敲擊頂板、側(cè)壁等位置，通過(guò)聲音判斷頂板的狀態(tài)。敲擊的過(guò)程應(yīng)秉承由重到輕的順序，這一方式可以判斷出采掘工作面頂板的多種問(wèn)題，特別是對(duì)離層問(wèn)題有較好的診斷效果。若發(fā)現(xiàn)頂板離層等問(wèn)題，就要采取有針對(duì)性的控制措施，從而避免事故的發(fā)生。除此之外，在敲幫問(wèn)頂時(shí)可以簡(jiǎn)單地發(fā)現(xiàn)并清除一些頂板的浮石或剝層，避免落石傷人。

（七）頂板事故應(yīng)急管理

雖然采取了很多管理手段和控制措施，但頂板事故并不能完全避免。當(dāng)頂板事故發(fā)生時(shí)，要采取及時(shí)、準(zhǔn)確的應(yīng)急措施，從而降低事故造成的損失。當(dāng)頂板事故發(fā)生時(shí)，要先考慮對(duì)問(wèn)題頂板的邊緣進(jìn)行支護(hù)加固處理，避免搶險(xiǎn)救災(zāi)過(guò)程中發(fā)生次生災(zāi)害，導(dǎo)致?lián)p失擴(kuò)大。隨后要盡快搶救受災(zāi)人員，打通綠色生命通道。若受災(zāi)人員狀況不樂(lè)觀，還要由經(jīng)驗(yàn)豐富的救援人員在井下采取急救措施，再升井開展后續(xù)救治。需要注意的是，在救援過(guò)程中要時(shí)刻關(guān)注發(fā)生事故的頂板狀況，避免次生災(zāi)害影響救災(zāi)工作。

總之，煤礦采掘工作面的管理是長(zhǎng)期而復(fù)雜的過(guò)程，頂板事故的危險(xiǎn)性決定了采掘工作面管理的必要性。在實(shí)際工作中，應(yīng)不斷強(qiáng)化多方面、全過(guò)程的監(jiān)管工作，在施工作業(yè)前盡可能全面地分析頂板存在的各種問(wèn)題和隱患，完善各種預(yù)防和處理手段。同時(shí)強(qiáng)化施工人員的安全意識(shí)，最大限度削減施工安全風(fēng)險(xiǎn)，為煤礦安全生產(chǎn)提供保障。