淺談過(guò)地質(zhì)構(gòu)造時(shí)采煤工作面的頂板支護(hù)

胡志遠(yuǎn)

摘 要：在地質(zhì)構(gòu)造不同的條件下，頂板巖層的狀態(tài)和性質(zhì)對(duì)開采煤礦的安全產(chǎn)生較大影響，特別是遇到陷落柱、節(jié)理和遇斷層等復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，加強(qiáng)工作面的頂板支護(hù)，對(duì)采煤過(guò)程中的安全管理問題尤為重要。本文通過(guò)對(duì)工作面頂板支護(hù)技術(shù)和地質(zhì)構(gòu)造的現(xiàn)狀加以分析，探討如何有效保障工作面頂板支護(hù)安全。

關(guān)鍵詞：頂板支護(hù)；采煤工作面；地質(zhì)構(gòu)造過(guò)斷層

中圖分類號(hào)：TD823 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

在開采煤礦的過(guò)程中時(shí)常會(huì)出現(xiàn)冒頂事故，該事故對(duì)采煤工作面的影響較大，是安全生產(chǎn)的極大隱患。隨著采煤工作面的不斷變化（向前、移動(dòng)、加深）情況，頂板條件和壓力也會(huì)隨著地質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化發(fā)生變化，工作面的狀態(tài)一直是動(dòng)態(tài)循環(huán)狀態(tài)，在遇到陷落柱、節(jié)理、遇斷層等復(fù)雜構(gòu)造時(shí)，頂板發(fā)生的變化更為劇烈，所以，在采煤過(guò)程中，頂板的支護(hù)尤為重要。頂板的支護(hù)不僅能保證施工人員的人身安全，還能根據(jù)不同地質(zhì)條件的變動(dòng)，最大程度地保障開采工作安全，提高開采效率。

一、遇過(guò)斷層情況

遇到過(guò)斷層之前，煤層表面通常會(huì)出現(xiàn)一些前兆。例如工作面傾斜、煤層節(jié)理面增多及煤層走向改變等。這些現(xiàn)象對(duì)工作面上下板棚會(huì)產(chǎn)生破壞性影響。使煤層煤量減少、煤質(zhì)變軟，煤層層理不清，光澤變暗，還會(huì)發(fā)生瓦斯流出等嚴(yán)重情況。

1.過(guò)斷層：（1） 繞過(guò)斷層方法。繞過(guò)斷層方法通常在斷層過(guò)大的工作面中較為常用。因其斷層落差大，影響范圍也隨之變大，所以必須明確斷層范圍及區(qū)域，繞過(guò)斷層區(qū)域挖掘新的采煤切口。采煤過(guò)程中遇到斷層區(qū)域，應(yīng)立即停止采煤操作，重新尋找采煤切口再進(jìn)行開采，確保安全施工，同時(shí)提高煤礦資源的開采效率。（2）硬過(guò)斷層方法。硬過(guò)斷層方法通常在斷層較小的工作面中較為常用。斷層工作面處的煤質(zhì)通常較松軟，再加上大量澆水等原因，極易發(fā)生冒頂事故。為了避免事故發(fā)生，我們通常會(huì)采用硬過(guò)斷層方法，這樣可以有效避免冒頂事故，保證采煤施工安全性。

2.單體支柱工作面遇硬過(guò)斷層方法。單體支柱工作面遇過(guò)斷層時(shí)，應(yīng)確定采煤面與斷層角度。當(dāng)斷層與工作面煤壁角度較小時(shí)，破碎范圍就越廣，對(duì)頂棚維護(hù)的難度越大。情況允許的條件下，應(yīng)對(duì)煤采煤面與斷層角度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。頂棚穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)保持在25°～35°范圍內(nèi)，頂棚不穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)保持在35°～45°范圍內(nèi)?？s短工作面斷層距離，在過(guò)斷層之后，再對(duì)切口進(jìn)行填平復(fù)原。在頂板支護(hù)完好無(wú)損的情況下，斷層位置較低時(shí)，不需要對(duì)過(guò)斷層采取特殊措施。在采煤過(guò)程中，會(huì)存在傾斜開采的情況，這時(shí)可以通過(guò)調(diào)整斷層來(lái)設(shè)置開采高度。硬過(guò)斷層時(shí)，斷層工作面處的煤質(zhì)通常較松軟，導(dǎo)致機(jī)器設(shè)備難以輸送進(jìn)去。這時(shí)應(yīng)增加頂板厚度及支撐力，進(jìn)行挑頂處理，保證頂板坡度可以緩慢變化，從而確保安全性。

斷層較小時(shí)，頂板支護(hù)主要有以下幾種方式：（1）帶帽點(diǎn)柱。帶帽點(diǎn)柱通常用在斷層落差較小、頂板及斷層面較為平整的采煤工作面。（2）木垛。木垛較適用于斷層區(qū)域巖石破碎較為嚴(yán)重及頂板壓力較大的情況下。木垛通常會(huì)設(shè)置在采煤工作面兩側(cè)及斷層暴露較多的區(qū)域。（3）橫板棚。工作面頂板較為破碎的情況下，可采用橫板棚進(jìn)行支護(hù)。橫板棚間的距離應(yīng)保持一定間距，在頂板壓力較大的情況下，可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)橫板棚進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，確保可以安全支護(hù)。臥底過(guò)斷層如頂煤煤質(zhì)比較松軟，可以先打前拖梁，再以從下向上的方式釘木垛。遇過(guò)斷層時(shí)，打孔應(yīng)盡量不要太深，并在周圍設(shè)置小炮，在斷層周圍區(qū)域禁止置防大炮。在置頂時(shí)合理計(jì)算距離，盡量一次性全部收回支架。

二、過(guò)陷落柱

由于巖石坍塌形成的細(xì)小碎石稱之為陷落柱。采煤過(guò)程遇陷落柱情況時(shí)，工作面煤質(zhì)會(huì)被細(xì)小碎石覆蓋，這種情況又叫無(wú)煤柱現(xiàn)象。由于陷落柱周圍頂板破碎程度相對(duì)較大，這種情況下極易引發(fā)冒頂事故。

過(guò)陷落柱與過(guò)斷層的前兆及現(xiàn)象反應(yīng)基本相同。不同之處是陷落柱呈鋸齒形狀，相對(duì)于過(guò)斷層，陷落柱邊緣較為凹凸不平，其物質(zhì)主要是各種碎石，斷層附近則基本都是巖石物質(zhì)。陷落柱范圍較大時(shí)，應(yīng)采用探巷法對(duì)范圍進(jìn)行探測(cè)，另外開采切口，避開陷落柱區(qū)域。陷落柱范圍較小時(shí)，應(yīng)明確破碎具體區(qū)域，根據(jù)巖石破碎嚴(yán)重程度，采取有效的補(bǔ)救措施。陷落柱巖石破碎較為嚴(yán)重時(shí)，可采取橫板棚支護(hù)方式，棚距控制在0.5m以下的范圍，避免造成頂板暴露的現(xiàn)象。在過(guò)陷落柱時(shí)，巖石和陷落柱的邊緣應(yīng)架置木垛來(lái)配合支撐。過(guò)陷落柱應(yīng)由專業(yè)技術(shù)人員操作，提前進(jìn)行大眼放炮，做好準(zhǔn)備工作推進(jìn)工作進(jìn)度，防止破壞支撐柱梁，使開采工作能正常運(yùn)行。

三、采煤工作面過(guò)沖刷帶

在開采煤礦時(shí)，覆蓋元煤層的物質(zhì)被水質(zhì)沖刷掉，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間累積沉淀，在煤層表面會(huì)形成一層新棚，即為沖刷帶。在遇到?jīng)_刷帶之前通常會(huì)有明顯的預(yù)兆，例如煤層厚度大面積變薄或變松軟，沖刷帶附近區(qū)域煤層受水侵蝕發(fā)生巖石風(fēng)化，煤層疏松變薄變脆，孔隙擴(kuò)大。在采煤工作面中遇到?jīng)_刷帶的范圍較大。由于沖刷帶煤層變薄、變脆或直接破碎，離層后容易產(chǎn)生離層垮塌的現(xiàn)象。因此對(duì)頂板需采取必要的支撐措施才能避免不良現(xiàn)象的發(fā)生。工作面在遇到?jīng)_刷帶時(shí)，必須對(duì)頂板實(shí)施大面積支撐置架。防止頂板垮塌和冒頂事故。對(duì)沖刷帶周圍區(qū)域，應(yīng)加大保護(hù)措施并增加保護(hù)裝置，進(jìn)一步預(yù)防冒頂事故的發(fā)生。

過(guò)沖刷帶時(shí)，應(yīng)調(diào)整沖刷帶頂棚距離，縮小至最短距離，并及時(shí)維護(hù)沖刷帶區(qū)域的支架及頂棚。增加木垛和支架的架置數(shù)量，在采高較大的情況下，應(yīng)打戧柱或架設(shè)戧棚。

四、采煤工作面過(guò)節(jié)理

節(jié)理是指斷裂面兩側(cè)巖石斷裂的構(gòu)造，又稱裂隙。其結(jié)構(gòu)形式較為規(guī)律，在開采巖石中，通常會(huì)以節(jié)理地質(zhì)構(gòu)造優(yōu)先進(jìn)行開采。

五、頂板分類

由于頂板事故的頻發(fā)，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)巖石脫落現(xiàn)象，再加上開采人員的工作疏忽，甚至?xí)共擅汗ぷ髅娲蠓秶绊敗Ｔ摤F(xiàn)象頻發(fā)的主要原因?yàn)槊簩由嫌泻芏嗖煌瑝毫Σ煌再|(zhì)的巖石，也就是煤層頂板。從上至下分為（老頂-直接頂-偽頂，見表1）。老頂由堅(jiān)硬巖石所組成，直接頂由砂質(zhì)泥巖所組成，兩者都具備相對(duì)的穩(wěn)定性，在遇到節(jié)理、斷層等地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，頂板支護(hù)實(shí)施最佳的支護(hù)方式，頂板支護(hù)的效果好壞，直接影響事故的發(fā)生概率和頻率。偽頂則是由松軟的巖石所組成，其巖層非常薄，會(huì)隨著開采而脫落，影響采煤質(zhì)量。

六、頂板支護(hù)的類型

在開采過(guò)程中，常遇到傾向和走向出現(xiàn)變化的情況，煤層松軟失去光澤，并時(shí)常出現(xiàn)巖溶和崩塌作用形成的巖石堆積體等等現(xiàn)象。對(duì)頂板進(jìn)行適當(dāng)支護(hù)才能確保煤層開采安全施工。不同的地理環(huán)境和地質(zhì)構(gòu)造，支護(hù)的方式也相應(yīng)不同。支架和支柱的建立和使用，都是在開采實(shí)踐中，通過(guò)對(duì)巖層壓力計(jì)算得來(lái)。

1.端頭頂板支護(hù)。在基礎(chǔ)支護(hù)上，多人配合將機(jī)頭機(jī)尾支架拉移，工作面與端頭支柱的推進(jìn)保持一致，木柱帽方向與巷道方向保持垂直。

2.側(cè)頂板支護(hù)。側(cè)頂板支護(hù)通常采用雙排支柱的方式，在配合后排支柱的同時(shí)，使支架水平方向與支架高度保持一致。在回撤支柱時(shí)，操作人員必須保持安全距離進(jìn)行回撤，按照先支后回的原則，用專業(yè)工具將側(cè)面支柱取出，然后把回撤支柱按標(biāo)準(zhǔn)支好，為了確保操作人員安全，應(yīng)先把支柱移出再進(jìn)行移架。

結(jié)語(yǔ)

在全面提倡安全施工的今天，煤礦開采屬于危險(xiǎn)系數(shù)極高的行業(yè)，應(yīng)更加注意開采工作的安全問題。頂板支護(hù)是防止事故發(fā)生的重要措施，在開采工作中重視頂板支護(hù)技術(shù)，重點(diǎn)發(fā)展頂板支護(hù)技術(shù)，堅(jiān)持安全生產(chǎn)原則，能更好地促進(jìn)開采行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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