趙春光

(七臺河市不動(dòng)產(chǎn)登記中心，黑龍江 七臺河 154600)

1 工作面礦山壓力的一般規(guī)律

在煤礦開采過程中，頂板壓力從小到大呈周期性變化。壓力規(guī)律的原因是隨著工作面的向前推進(jìn)，采空區(qū)逐漸擴(kuò)大，引起基本頂巖層周期性的活動(dòng)。如圖1所示，工作面由開切眼K推進(jìn)到位置1開始回柱，如果直接頂破碎，則隨著回柱垮落。有的頂板不隨回柱垮落，工作面繼續(xù)向前推進(jìn)，頂板懸露面積逐漸增大到位置2，直接頂開始大面積垮落，即初次垮頂或稱初次落頂。初次落頂時(shí)工作面向前推進(jìn)的距離b1，即初次垮落步距。初次垮落步距取決于直接頂?shù)膸r層強(qiáng)度、分層厚度、裂隙的發(fā)育程度等。巖體強(qiáng)度大，初次垮落步距就大；巖體強(qiáng)度小，初次垮落步距就小。堅(jiān)硬不易垮落的直接頂，在采到一定距離后，還要向采空區(qū)頂板打眼爆破強(qiáng)制放頂，這樣頂板才能垮落下來。一般能垮落的直接頂，在初次垮落前，雖然回采面積已加大，但頂板壓力并不顯，直至落頂前即直接頂大面積垮落前，采空區(qū)頂板才會(huì)出現(xiàn)脫皮、掉碴、煤壁片幫等現(xiàn)象，工作面支架上的壓力會(huì)顯著。如果直接頂較堅(jiān)硬、懸頂面積較大，初次落頂時(shí)，頂板一般會(huì)發(fā)出較大的斷裂聲，甚至?xí)纹鹂耧L(fēng)沖向工作面及巷道。這時(shí)工作面支架相對于大面積的懸露頂板其支承壓力是不夠的，所以要加強(qiáng)和鞏固支架，不然大塊矸石可能會(huì)沖倒工作面支架，使頂板從煤壁切斷，嚴(yán)重時(shí)可能造成大冒頂。

隨著工作面的推進(jìn)，直接頂持續(xù)垮落，垮落范圍和高度逐漸擴(kuò)大，如果垮落的矸石不能填實(shí)采空區(qū)，基本頂就要懸空。懸空在采空區(qū)上完整的基本頂像座橋梁立在兩邊的煤層上面，支撐著上面巖石的重量。在工作面推進(jìn)到圖1c的位置3，基本頂不能承擔(dān)上面巖石的重量時(shí)，基本頂就要折斷。在折斷前給工作面一個(gè)很大的壓力，即基本頂?shù)某醮蝸韷?。初次來壓時(shí)，工作面推進(jìn)的距離叫做初次來壓步距。初次來壓步距主要按照基本頂巖體強(qiáng)度大小而不同。如A礦在中等穩(wěn)定頂板條件下，各煤層的初次來壓步距一般為20 mm，在初次來壓前，頂板掉下小碎石塊，煤壁明顯松軟，有時(shí)金屬支柱出現(xiàn)響聲，待頂板掉碎石稍微比開始塊度大時(shí)，表明初次來壓要到了，這時(shí)必須立即撤人，同時(shí)采取相應(yīng)的措施，以避免傷亡事故的出現(xiàn)。對于不同性質(zhì)的頂板，來壓前的礦壓也不一樣。如B礦一采區(qū)的煤層頂板一般都較堅(jiān)硬，來壓時(shí)直接頂上方發(fā)出強(qiáng)烈的悶雷聲，活柱受壓“咯咯”作響，煤壁嚴(yán)重片幫。工作面及煤壁的無支護(hù)頂板出現(xiàn)破壞或破壞急劇增加。支撐力不夠時(shí)，工作面臺階下沉，基本頂以上有含水層時(shí)，采空區(qū)上方會(huì)淋水，接著頂板瓦斯量也增加了。

圖1 頂板垮落情況Fig.1 Situation of roof collapse

基本頂來壓強(qiáng)度受基本頂強(qiáng)度的影響，采空區(qū)矸石的堅(jiān)硬程度也是個(gè)重要的因素。如果直接頂垮落高度大，采空區(qū)充填較好，基本頂折斷時(shí)下沉量和初次來壓強(qiáng)度就小。如果情況相反，初次來壓強(qiáng)度就大，甚至出現(xiàn)壓垮工作面支架的情況，會(huì)導(dǎo)致冒頂，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)大冒頂事故。無論是直接頂初次垮落還是基本頂初次來壓，如果來壓強(qiáng)度大，來壓后頂板就破碎，柱子?xùn)|倒西歪。因?yàn)閬韷簳r(shí)柱子受力大，工作面危險(xiǎn)，支柱或放頂應(yīng)臨時(shí)采取安全措施。

基本頂初次來壓垮落后，工作面頂板壓力相對減少了，隨著工作面的推進(jìn)，基本頂懸頂面積逐漸增大，這時(shí)基本頂?shù)囊欢丝棵罕谥?，另一端靠破壞了的基本頂巖塊連接支撐在采空區(qū)壓實(shí)的矸石上。工作面推進(jìn)至圖1d的位置4時(shí)，基本頂垮度超過一定距離，又要出現(xiàn)折斷和垮落。由于該基本頂折斷和垮落是每隔一定距離有規(guī)律地、周期性地出現(xiàn)，因此叫周期來壓。圖1d中b3是初次來壓和周期來壓之間工作面推進(jìn)的距離，即周期來壓步距。在一個(gè)采區(qū)地質(zhì)條件基本相同以及生產(chǎn)工藝過程基本相同的條件下，周期來壓步距盡管不完全相同，但在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，大致是穩(wěn)定的。如某煤礦在頂板條件大致相同的情況下，各煤層的周期來壓步距大致在8～12 m之間。來壓時(shí)礦壓顯現(xiàn)沒有初次來壓時(shí)那么明顯，在回采分層開采的下層煤時(shí)，頂板有掉煤皮的現(xiàn)象出現(xiàn)，來壓強(qiáng)度遠(yuǎn)沒有初次來壓強(qiáng)度大。但陽泉礦的情況有所不同，該礦各煤層的周期來壓步距大致是9～15 m，周期來壓時(shí)，頂板壓力和頂板下沉量增加，片幫嚴(yán)重，頂板破碎，有時(shí)管理不當(dāng)還易出現(xiàn)冒頂事故。所以在周期來壓前，應(yīng)加強(qiáng)對頂板的監(jiān)視，提醒工人要提高警惕，注意聽監(jiān)頂工的口令，選好安全退路，以避免事故的發(fā)生。

2 判別頂板壓力的方法

采煤技術(shù)人員必須熟悉頂板來壓的規(guī)律、大小及區(qū)段范圍。在周期來壓期間，由于壓力大、頂板破碎，可以從各種礦壓顯現(xiàn)來辨別頂板壓力的大小，搞清支柱或放頂是不是安全。在不用測力計(jì)的條件下，判別頂板壓力的方法有以下幾種。

2.1 觀察支柱受力狀況

這主要分兩種情況。對于木支柱，判別頂板壓力大小的方法是木柱的折損率，即被壓斷的支柱占總支柱的百分比。折損率大，表明壓力大；折損率小，壓力也小。在壓力大時(shí)，回柱前必須在折損柱旁打好替換柱，避免回柱時(shí)頂板活動(dòng)引發(fā)冒頂事故。如果回柱時(shí)頂板正在來壓，木支柱會(huì)出現(xiàn)折斷的聲響，響聲越多，表明折斷的柱子越多。在這種情況下必須暫?；刂扇“踩胧?。情況再嚴(yán)重時(shí)，必須及時(shí)把人員撤出危險(xiǎn)區(qū)域。對于金屬支柱，受壓大小就不能簡單地以折損率判斷，可采用敲打柱子的方法判斷。如果柱子發(fā)出的聲音沉悶，表明受力大，回柱時(shí)必須注意。如果受力不均勻，其中只有某一根柱子受力大，回這根柱子時(shí)必須采取相應(yīng)的安全措施。有時(shí)頂板下沉壓力大會(huì)造成金屬支柱活柱突然下沉一截，并隨之發(fā)出“嘣嘣”響，如果該聲音普遍發(fā)生，表明頂板正在來壓而且激烈，應(yīng)暫?；刂?，等壓力趨于緩和時(shí)再進(jìn)行工作。

2.2 觀察采空區(qū)情況

基本頂折斷時(shí)，采空區(qū)有時(shí)發(fā)出巨大的響聲。直接頂大塊折斷時(shí)，采空區(qū)有“碰碰”的聲音。這兩種情況都說明來壓激烈，支柱放頂時(shí)必須注意安全。必要時(shí)暫?；刂ぷ?，采取措施加強(qiáng)工作面支護(hù)。采空區(qū)被破碎矸石充填后，工作面的壓力一般較小，上面大塊矸石垮落時(shí)對工作面的影響也小。如果采空區(qū)有大量懸壁，頂板沒有冒落，必須采取措施進(jìn)行放頂，以確保生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

2.3 觀察煤壁

煤壁片幫面積和片幫深度大量增加，煤壁處大量落粉、落碴，是頂板來壓的征兆，放頂時(shí)頂板壓力可能突然增大，甚至可能使頂板沿煤壁切斷，發(fā)生臺階下沉以致冒頂。在這種情況下應(yīng)停止出煤，加強(qiáng)煤壁的支護(hù)，維護(hù)好頂板，等來壓穩(wěn)定后再進(jìn)行回柱放頂。

2.4 觀察頂板情況

先看頂板破碎情況，其裂隙和頂板下沉量有無明顯的變化，如果變化明顯表明頂板活動(dòng)繼續(xù)加劇，支柱和放頂時(shí)必須采取安全措施；再看裂隙和節(jié)理的存在狀況，采取相應(yīng)措施保障安全。

總之，頂板壓力的大小對頂板控制工作有直接的關(guān)系。掌握了頂板活動(dòng)的規(guī)律，能辨別頂板壓力的大小，就可以保障安全，提高采煤的生產(chǎn)效率。