趙永明

（山西省煤礦安全保障中心，山西 太原 030009）

頂板事故是煤礦開采比較多發(fā)的事故，這是由于煤礦的環(huán)境本身比較復(fù)雜，此外防護(hù)工作做的不到位導(dǎo)致的。作為防止頂板事故、保障煤礦生產(chǎn)安全的有效措施，頂板支護(hù)需要根據(jù)煤礦工作面的實(shí)際情況，選擇不同的頂板支護(hù)類型及方法。但當(dāng)前仍有部分煤礦企業(yè)，存在著頂板支護(hù)管理上的漏洞，因此對(duì)頂板支護(hù)開展控制與指導(dǎo)就變得勢在必行。

1 回采工作面頂板支護(hù)及控制技術(shù)要點(diǎn)

支架是回采工作面頂板支護(hù)首選的方式，支架能保障回采有充足的工作空間，并且也能平衡采空區(qū)的頂板壓力，但同時(shí)也需要工作區(qū)具備基礎(chǔ)條件，保障支架能發(fā)揮出應(yīng)有作用：①可伸縮性是工作面必備的基礎(chǔ)條件；②確保采空區(qū)有較高的支撐性能，滿足支架安裝的基礎(chǔ)需求；③工作面的支撐力和可縮性之間，需要存在一定關(guān)系。在滿足上述三個(gè)條件的基礎(chǔ)上，才能有效安裝支架。

而回采工作面頂板支護(hù)及控制技術(shù)要點(diǎn)，則集中在支架及頂板支護(hù)方式的選擇上。選擇支架時(shí)需要著重關(guān)注支架的類型、規(guī)格和工作阻力，才能確定能滿足工作需求的支架。在當(dāng)前階段，液壓支架是大多數(shù)煤炭企業(yè)選用的支架，而根據(jù)各企業(yè)及煤礦的實(shí)際情況，液壓支架也有著支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式三種不同的支護(hù)形式，此外，由于煤礦頂板各有各的特點(diǎn)，支架作用位置也不盡相同，液壓支架也分為高阻力和大傾角兩種形式。根據(jù)巖層頂板的實(shí)際情況，結(jié)合支架的規(guī)格和類型，才能計(jì)算出支架能夠支撐的工作阻力大小。工作面的超前支護(hù)與順槽支護(hù)，也是頂板支護(hù)工作不可忽視的重要環(huán)節(jié)。相較于其他工作而言，這兩項(xiàng)工作較為特殊，超前支護(hù)可以將頂板動(dòng)壓的影響降到最低，保障煤礦開采的安全性，結(jié)合支護(hù)的距離，選擇使用的支架也有所區(qū)分。在支護(hù)距離小于5m時(shí)，選擇拱形梁、單體液壓支柱；而針對(duì)大于5m 但小于20m的超前支護(hù)工作，則需要借助梯形梁、單體液壓支柱和雙排金屬鉸接項(xiàng)梁實(shí)現(xiàn)。無論是哪種支護(hù)形式，都需要選擇十字頂梁，當(dāng)然，雙向鉸接頂梁也可以起到一定的替代作用，滿足支架對(duì)性能上的要求。將錨固系統(tǒng)應(yīng)用于工作面的順槽斷面，利用較高的強(qiáng)度與預(yù)應(yīng)力，避免順槽支護(hù)出現(xiàn)變形，相對(duì)而言性價(jià)比較高[1]。

回采工作面頂板支護(hù)也需要具備一定條件：①在5m 內(nèi)開展移架工作，并且按照固定的順序進(jìn)行；②將液壓支架定量和工作面頂板的角度控制在7%以內(nèi)；③控制好各支架之間的緊密性，確保誤差小于200mm；④液壓支架的初撐力必須高于80%；⑤準(zhǔn)備好相應(yīng)的護(hù)頂材料，為松軟頂板的支護(hù)做好準(zhǔn)備。在滿足以上條件的前提下，才能發(fā)揮出頂板支護(hù)應(yīng)有的作用。

2 回采工作面頂板支護(hù)原因及解決措施

煤礦井下作業(yè)本身就是危險(xiǎn)性較高的工作，而頂板事故也比較容易出現(xiàn)。根據(jù)頂板事故的具體情況，也可以分為三種不同形式：①壓垮頂板事故，主要是由于支架支撐力不足，頂板壓力相對(duì)較高，出現(xiàn)不穩(wěn)定情況進(jìn)而導(dǎo)致壓垮事故；②漏冒頂板事故，由于工作面頂板的強(qiáng)弱不同，漏冒頂板事故的發(fā)生概率也不同。一般而言，漏冒事故發(fā)生于松軟頂板；③推垮事故，順著頂板方向，支架也會(huì)承受較高的推力，如果支架缺乏強(qiáng)大的支撐性能，推垮事故也就隨之而來。在大多數(shù)情況下，冒頂頂板事故的發(fā)生概率是最高的，而結(jié)合冒頂具體的范圍和程度，也分為局部和大型冒頂頂板事故。局部冒頂事故的發(fā)生范圍較小，但是相對(duì)而言會(huì)有更高的出現(xiàn)頻率，對(duì)人身安全及財(cái)產(chǎn)造成的損失較小；大型冒頂事故則完全不同，頂板大范圍運(yùn)動(dòng)是大型冒頂事故的誘因，一般呈現(xiàn)壓垮、推垮等形式，對(duì)人身安全及財(cái)產(chǎn)的損害較大。大型冒頂事故往往會(huì)出現(xiàn)在開切眼附近、放頂線附近等不穩(wěn)定區(qū)域，此外，由于缺乏規(guī)范嚴(yán)格的支護(hù)管理工作，也讓大型冒頂事故的發(fā)生概率明顯提升。因此，必須采取有效控制措施，防范冒頂事故對(duì)財(cái)產(chǎn)及人身安全造成無法挽回的損失[2]。

避免頂板事故可以通過兩方面實(shí)現(xiàn)，豐富煤礦開采經(jīng)驗(yàn)，做好勘察工作，及時(shí)采取安全預(yù)防措施，以及強(qiáng)化頂板支護(hù)控制管理。而頂板事故的安全預(yù)防，需要著重掌握兩點(diǎn)：①做好冒頂事故的預(yù)防工作，一旦發(fā)現(xiàn)頂板掉渣、裂縫、脫層等現(xiàn)象，以及在煤礦開采時(shí)聽到不正常的聲音，需要立即停止作業(yè)并退出煤礦，做好偵測與觀察，采取合理有效的行動(dòng)；②掌握敲幫問頂?shù)姆椒ǎY(jié)合頂板和巖壁的聲音，了解巖層實(shí)際情況，為后續(xù)作業(yè)打好基礎(chǔ)。如果頂板是正常的，在敲擊頂板時(shí)會(huì)發(fā)出清脆的響聲，而如果頂板存在問題，回饋的響聲往往比較空洞，需要進(jìn)一步觀察和采取支護(hù)措施。一旦發(fā)生了冒頂事故，需要煤礦企業(yè)第一時(shí)間采取有效措施，保障被困人員的人身安全，及時(shí)開展救援工作，檢測發(fā)生冒頂事故的原因，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為后續(xù)頂板支護(hù)管理工作提供參考，也最大限度降低冒頂事故造成的損失。

3 回采工作面支護(hù)及頂板控制措施

3.1 構(gòu)建頂板安全系統(tǒng)，規(guī)范管理模式

頂板支護(hù)管理工作涉及到四個(gè)層面，即工作面設(shè)計(jì)、液壓支架選擇、液壓支架使用及維護(hù)監(jiān)測工作，這也是構(gòu)建頂板安全系統(tǒng)的重點(diǎn)。對(duì)工作面的設(shè)計(jì)要保障安全性、科學(xué)性，需要有專業(yè)的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)，深度考察煤礦區(qū)域的地質(zhì)情況，了解煤炭的分布情況及斷層數(shù)量、斷層落差等具體數(shù)據(jù)信息，做好開采前準(zhǔn)備，并設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的工作巷道結(jié)構(gòu)圖。煤礦地質(zhì)巖樣分析如圖1所示。

圖1 煤礦地質(zhì)巖樣分析

在煤礦開采作業(yè)過程中，需要嚴(yán)格按照結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行，在遇到問題時(shí)第一時(shí)間商討，合理更新與改進(jìn)結(jié)構(gòu)圖，這樣才能保障煤礦開采的安全性，也能提升煤礦的開采效率。在選擇液壓支架時(shí)，需要根據(jù)煤礦工作面的實(shí)際情況，參考支架的結(jié)構(gòu)、型號(hào)以及成本要素，結(jié)合工作實(shí)際選擇不同類型的支架，并做出符合工作面的改進(jìn)。在使用液壓支架時(shí)，也需要掌握液壓支架的使用要點(diǎn)，遵守支護(hù)的注意事項(xiàng)，規(guī)范安裝并使用液壓支架，才能發(fā)揮出液壓支架真正的作用和效能，在出現(xiàn)事故時(shí)也能第一時(shí)間找出原因并采取有效措施。最后是頂板支護(hù)的檢修和維護(hù)工作，需要根據(jù)煤礦開采工作情況，定期對(duì)支架開展檢修與維護(hù)工作，評(píng)估已經(jīng)使用的支架支護(hù)性能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱含的風(fēng)險(xiǎn)和問題，并第一時(shí)間予以解決，防止造成巨大的損失。在大多數(shù)礦井事故中，礦壓變化往往是最主要的原因，構(gòu)建完善的礦壓檢測系統(tǒng)，及時(shí)掌握礦壓的具體變化，也能做出合理調(diào)整與維護(hù)，確保煤礦生產(chǎn)安全有序推進(jìn)[3]。

3.2 完善頂板支護(hù)過程控制

作為一項(xiàng)系統(tǒng)性工作，過程控制能提升工作面頂板的安全性，在頂板支護(hù)控制工作各個(gè)環(huán)節(jié)都能看到過程控制的影子。過程控制主要涵蓋了過空巷、過薄基巖、末采回撤等幾個(gè)關(guān)鍵性過程。工作面初采時(shí)需要承受初次來壓的挑戰(zhàn)，存在一定的懸頂隱患?？梢酝ㄟ^PVC管、長短炮眼融合的超深孔爆破強(qiáng)制放頂技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面初采的優(yōu)化。需要減少工作面懸空物的設(shè)置，為初次來壓做好準(zhǔn)備，開展及時(shí)的檢修工作，確保工作面頂板達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，能夠承受住壓力沖擊。經(jīng)驗(yàn)豐富的工作人員及時(shí)根據(jù)情況做出判斷，第一時(shí)間做好疏散工作。過空巷頂板安全措施有兩點(diǎn)：①合理的空巷設(shè)計(jì)；②確保空巷的傾斜角為60°，在此基礎(chǔ)上才能開展后續(xù)設(shè)計(jì)工作。確保煤礦底層煤多余頂層煤，才能推進(jìn)空巷的開采與挖掘，用有效的頂板控制管理措施，保障空巷掘進(jìn)的安全性。需要強(qiáng)化該階段的頂板控制管理，做好該工作面的錨固設(shè)計(jì)，保障支護(hù)的堅(jiān)固性與穩(wěn)定性。及時(shí)推測來壓具體位置，方便后續(xù)工作及時(shí)調(diào)整與推進(jìn)，以及有效維護(hù)頂板支架。區(qū)別于其他巖層結(jié)構(gòu)，薄基巖的基巖相對(duì)較薄，因此在開采煤炭時(shí)很容易出現(xiàn)頂板事故，采空區(qū)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)薄基巖中的水，對(duì)采煤的開展會(huì)產(chǎn)生巨大影響。而薄基巖的過程控制措施主要有三點(diǎn)：①液壓支架要選擇大阻力，并且?guī)в猩炜s頂梁的型號(hào)；②留下一定厚度的頂層煤，并且將硬化劑注入薄基巖；③強(qiáng)化薄基巖的支架安裝及檢修工作，做好技術(shù)上的處理。在采煤工作面往往能夠看到懸頂處理，在回采過程中需要開展對(duì)應(yīng)的放頂處理，往往通過超深孔爆破強(qiáng)制放頂技術(shù)進(jìn)行。而懸空區(qū)的情況是比較復(fù)雜的，放頂技術(shù)的炮眼也要合理選擇。在末采回撤環(huán)節(jié)，在距離回撤通道200m 處開展一次調(diào)壓；在距離回撤通道5m 處開展二次調(diào)壓，避免周期來壓造成過大沖擊。將垛式支架安裝在回撤通道中，強(qiáng)化回撤通道的支護(hù)，保障回撤通道的安全性。工作面錨固支護(hù)設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 工作面錨固支護(hù)設(shè)計(jì)

4 結(jié)束語

回采工作面的頂板事故頻繁，需要從工作面設(shè)計(jì)、液壓支架選用及維護(hù)與檢修角度采取有效措施，降低頂板事故發(fā)生的概率，保障煤礦開采的安全性及效率，為千家萬戶帶去幸福安康。