煤礦井下掘進作業(yè)面頂板的管理探究

張 寧 馮青林

（鐵法能源公司鐵煤集團礦建公司，遼寧 調兵山 112700）

煤礦開采環(huán)節(jié)中最重要的工作就是強化生產作業(yè)的安全管理。掘進作業(yè)面頂板的支護問題成為煤礦開采事故發(fā)生的主要因素，其中根據(jù)調查發(fā)現(xiàn)，煤礦產量在近幾年中呈現(xiàn)增長的趨勢，煤礦事故也不斷發(fā)生，死亡人數(shù)倍增[1]。因此，為了進一步降低煤礦企業(yè)事故發(fā)生率，應做好頂板管理的工作，通過強化頂板支護設計和材料管理，加強頂板監(jiān)測和維護等措施，從而防止煤礦掘進作業(yè)頂板管理時出現(xiàn)冒頂問題，避免嚴重威脅到工作人員的生命安全，為煤礦企業(yè)的安全生產保駕護航。

1 掘進工作面頂板管理的重要性

煤礦掘進作業(yè)中加強對頂板支護的管理能提升煤礦生產的安全性和有效性。主要是因為井下掘進工作經常會受外力的影響，使圍巖結構出現(xiàn)變化，如：失衡問題和生態(tài)環(huán)境被破壞的問題。當圍巖結構自身應變力發(fā)生一定的變化后，煤礦企業(yè)如果沒有加強對頂板支護的管理，將會出現(xiàn)安全問題。同時，掘進作業(yè)面施工時如果沒有加強對頂板的管理，缺乏對頂板的監(jiān)測和維護，也將會引發(fā)安全事故。因此，煤礦掘進面頂板管理過程中通過加大對頂板支護的管理、頂板的監(jiān)測和維護等，對保障煤礦掘進作業(yè)面的施工質量，強化煤礦開采的安全性等將發(fā)揮出重要的作用和影響。

2 煤礦井下掘進作業(yè)面頂板施工時存在的問題

2.1 環(huán)境問題

我國地大物博，地域范圍較為廣闊，這就導致不同地區(qū)的地質構造是不同的，而煤礦資源也會受到這些復雜地質的構造影響，進而產生頂板事故[2]。例如：煤礦生產時受到自然環(huán)境和地質構造的影響，地帶會因為地質構造遭到較大破壞，頂板出現(xiàn)冒落和漏頂?shù)膯栴}，進而加大了煤礦掘進作業(yè)面頂板的安全風險。

2.2 材料問題

煤礦井下掘進作業(yè)的特征主要表現(xiàn)為：技術性強、專業(yè)性強，掘進作業(yè)所使用的支護材料和技術等都會對頂板的安全性產生一定的影響。再加上煤礦井下的作業(yè)較為復雜，管理者應積極采取有效的管理對策，選擇適合的材料，優(yōu)化支護技術，從而全面保障頂板的施工安全。

1.支護問題。支護過程中使用的材料主要包括砂子、石子和水泥、金屬支架、錨固材料等，如果頂板支護時沒有嚴格按照標準和規(guī)范選擇合格的支護材料，將會導致材料使用過程中出現(xiàn)變形、折斷等，進而長時間作用下發(fā)生頂板事故。另外，支護材料使用時使用了失效的材料等，也將會出現(xiàn)頂板事故。眾所周知，工程質量的好壞直接關乎煤礦掘進過程中的安全性，當出現(xiàn)支架規(guī)格不合規(guī)、錨噴質量較差等問題時，將會導致頂板面由于工程質量不合格的問題出現(xiàn)人員的傷亡。

2.支護技術問題和裝備問題。一些煤礦企業(yè)的掘進設備較為落后、裝配水平較低等，這些都是煤礦企業(yè)出現(xiàn)頂板事故的主要因素。

2.3 冒頂問題

掘進作業(yè)施工時需配合采煤機進行工作，并且作業(yè)時還會進行部分支護拆除的工序，在支護拆除過程中，管理人員和工作人員如果沒有加大對頂板的管理，很容易導致頂板出現(xiàn)松動的問題。同時，由于掘進作業(yè)面的支撐力不足，將會導致頂部出現(xiàn)塌陷的風險。另外，巷道位置進行掘進作業(yè)時，也會受到支護措施不完善等方面的影響，導致頂部出現(xiàn)巖體的塌陷，尤其是支護不夠穩(wěn)定時巖體將會出現(xiàn)冒落的情況，進而導致煤礦掘進時出現(xiàn)安全問題[3]。

2.4 管理現(xiàn)場的問題

煤礦井下掘進作業(yè)中出現(xiàn)安全事故的主要原因還與管理人員的管理意識不足、管理人員技術能力不足、現(xiàn)場管理過程中出現(xiàn)違章作業(yè)等有直接關系。其詳細情況如下：

第一，管理人員沒有將頂板管理工作納入到日常的管理中，對于相關人員是否按照規(guī)范操作等沒有引起高度的重視。第二，缺乏建立完善的頂板管理方案和工程質量管理方案，難以對頂板發(fā)生事故的責任進行明確的劃分。第三，缺乏對管理人員和技術人員的培訓和管理。第四，沒有對頂板事故發(fā)生的原因進行分析，導致防范能力不斷下降。另外，從現(xiàn)場管理的情況上看，一些技術人員常常不按照標準施工，導致在生產作業(yè)時，出現(xiàn)了違章作業(yè)的情況。例如：針對斷層處，沒有加強對四角門、三岔門的管理和重點保護。

除了這些問題，掘進施工作業(yè)時，還存在監(jiān)察不到位和養(yǎng)護不到位等情況，沒有及時制止一些事故的發(fā)生，導致事故問題越來越嚴重，給煤礦企業(yè)帶來不良的影響。

3 煤礦井下掘進作業(yè)面頂板管理的優(yōu)化對策

3.1 結合地質條件，優(yōu)化頂板支護

掘進面支護過程中和頂板管理時，應結合當?shù)氐奶厥猸h(huán)境和地質條件，優(yōu)化頂板支護，這樣才能進一步對巷道的安全進行保護。因此，針對復雜的地質因素，煤礦企業(yè)管理人員應對關鍵位置等進行支護加固，進而保護好巷道的安全性，避免煤礦井下掘進作業(yè)時受到圍巖應力的影響而出現(xiàn)生產和安全問題[4]。

其一，管理方面，煤礦企業(yè)應結合巷道巖性，選擇適合的支護方式。例如：支護過程中應用光爆錨噴技術對軟巖和硬巖類型的巷道進行支護，并使用鉆頭和小錨桿等開展作業(yè)，在其相互作用和配合下，加大對巷道位置頂板的安全管理。對于一些巷道松動的情況，需結合巷道地質的類型開展優(yōu)化設計。巷道屬于砂巖地質，如果巷道遠離掘進頭時，其松動的范圍應設置在1-1.2m；如果巷道屬于泥巖地質時，與掘進頭相差30m 時，其松動的范圍應設置在1-1.2m；如果巷道是由泥巖頁巖地質構成時，與掘進頭相差30m 時，其松動范圍應設置為1.2-1.4m。如表1 所示：

表1 巷道松動范圍

其二，解決大斷面或者大斷面巷道掘進過程中，施工時很容易出現(xiàn)冒頂和離層的問題，頂板支護過程中，管理人員應結合掘進的位置和斷層的情況，對這些情況進行考慮。并且頂板支護時，也需要選擇一套緩沖的裝置，從而使圍巖壓力降低，不會因為壓力過大造成冒頂?shù)葐栴}。在開展斷面的支護時，施工作業(yè)時也可以采用液壓支柱+架棚+錨帶網+錨索等支護的方式，如圖1 所示：

圖1 支護方案

巖層與網有效的結合到一起后，能有效保障頂板的穩(wěn)定性，在充分發(fā)揮出組合梁的作用基礎上將錨索直接固定于頂板之中，從而使組合梁更加穩(wěn)定。借助液壓支護，避免組合梁發(fā)生變形的問題，提升支撐的效果，達到對頂板的管理和保護，使掘進作業(yè)更具有安全性。

3.2 支護材料的管理為開展掘進作業(yè)提供保障基礎

對于巷道支護材料的管理，應結合巷道的形狀對支護材料進行選擇，其主要從以下方面進行管理：第一，巷道如果是矩形的錨網狀時，可以使用2 根型號Φ22的圓鋼進行施工作業(yè)，并搭配與圓鋼同樣材質的螺帽吊環(huán)，共同搭配下，形成新的支護材料。采用雙層焊接的方式，將螺帽吊環(huán)和圓鋼進行焊接。第二，當巷道的寬度大于5.5m 時，可以使用前探梁（3 根），將梁與梁之間的距離控制在1.5-2.0m 范圍內，其中臨時支護的大板規(guī)格可以控制在4.0m×0.3m×0.03m。第三，巷道如果是架棚或者拱形的形狀，應采用卡子將前探梁進行固定，其固定的位置就是鵬梁上，保障梁與梁之間的間距控制在1.2m 左右。對于架棚巷道，需結合巷道的寬度等，選擇出適合的支護材料，并設計好材料的規(guī)格。例如：當巷道的寬度要大于5m 時，大板規(guī)格應該為3.0m×0.3m×0.03m。必要情況下，如果特殊的巷道，應開展臨時的支護，結合地質構造的基本特征，進一步加強支護的管理。而當斷面或者底板之間的間距都大于1.5m 時，應做好防護的工作，使梁間距和前探梁間距保持一致。

同時，材料使用之前管理人員還應檢查支護材料的外觀、規(guī)格材料是否合理等問題，待到這些材料驗收合格之后方能投入到現(xiàn)場使用，開始作業(yè)。鋪設的網片在連接和吊環(huán)安裝時，應對這些設備安裝質量等進行檢驗，保障吊環(huán)安裝更加緊固、安全[5]。

3.3 作業(yè)現(xiàn)場的有效監(jiān)督管理，保障生產安全

3.3.1 施工工序的管控

煤礦企業(yè)在對掘進巷道進行施工管理時，應加大管理的力度，對現(xiàn)場的施工情況進行控制。例如：督促施工人員嚴格按照施工的工序開展施工，并對每一個員工的崗位職責進行監(jiān)督，保障這些人員能結合作業(yè)要求和安全規(guī)范等進行施工，避免在作業(yè)時出現(xiàn)違章作業(yè)的情況，從而全面保障施工的質量。

3.3.2 加大對施工現(xiàn)場的有效管控和檢查

（1）煤礦企業(yè)在開展掘進工作時需要在企業(yè)相關人員的領導下，結合管理制度，高質量地完成上級安排的任務。（2）在工作時管理人員通過對施工現(xiàn)場的有效檢查，保障能將煤礦掘進頂板管理作為重中之重，加大對巷道支護設備的檢查和排查，能直接了解設備是否完備，從而提早做出防范措施，降低安全風險的發(fā)生。（3）掘進工作之前管理人員應盡早做出預報的工作和地質預測的工作，及時掌握巷道內地質的情況，在形成說明書后，對于特殊的地質條件應出具探勘的項目書，盡量將地質情況說仔細、說明白。（4）掘進作業(yè)工作根據(jù)以上的說明書，最終確定好掘進的工作流程。并且，管理人員也應該做好巷道的支護，保障掘進時不會由于支護問題出現(xiàn)相應的事故和安全風險。（5）煤礦開采過程中的每一位工作人員都應結合掘進的流程、支護技術要求等，組織學習相關工作，這樣能有效保障掘進施工的質量。尤其是在施工過程中，煤礦企業(yè)還應開展安全管理培訓等，從而提升煤礦企業(yè)相關人員的安全意識，降低安全事故的發(fā)生。待到這些人員學習一段時間后，將責任劃分到每一個人身上，并利用懲罰和獎懲機制，以提升這些人員的工作動力和責任意識，使其高質量地完成頂板支護管理工作。

3.4 開展監(jiān)測工作，提升頂板管理的質量

頂板管理時通過對以下環(huán)節(jié)進行監(jiān)測，能有效改善支護的質量，降低安全風險的發(fā)生。其主要表現(xiàn)為：（1）針對掘進過程中的支護環(huán)節(jié)進行檢測。例如：管理人員借助監(jiān)測的設備和裝置對頂板結構開展監(jiān)測。（2）合理設置監(jiān)測點，并監(jiān)控好設備的運行情況，及時掌握好頂板支護的施工情況，從而對支護時可能存在的風險做出盡早的判斷，有效改善支護的質量。（3）對煤柱的大小情況展開有效監(jiān)測，避免其受力問題影響到煤柱的穩(wěn)定性。例如：掘進作業(yè)面工作時巷道作業(yè)會產生一定的荷載，如果荷載超過標準范圍，將直接影響煤柱的穩(wěn)定性和安全性。（4）掘進作業(yè)面頂板管理時應采用先進的管理手段，全方位地掌握煤礦企業(yè)施工的情況，再利用新的工藝和技術等，使支護結構管理更加有效。對于一些老的設備或者工藝等，管理人員在全面考量后開展對支護管理的有效監(jiān)督，保障不同巖質 掘進作業(yè)面受力更加合理。（5）利用頂板結構動態(tài)監(jiān)測的設備，防止支護結構由于受到較大壓力的影響，導致支護結構不夠安全、穩(wěn)定。

3.5 積極開展對掘進作業(yè)面頂板的維修

頂板在長期的使用過程中，會產生一定的損害，因此管理人員在開展頂板管理時需做好定期維修的工作，并結合當前巷道頂板施工的情況，制定相對完善的維修體系[6]。同時，維修人員還應掌握更多關于技術方面的問題，針對維修的人員，必要情況下做好技能的培訓和素質的培訓，這樣做的目的就是增強維護的質量和效率。另外，巷道支護在調整和更換時，可以借此機會對其支護進行維護，加強對整個維護的監(jiān)督，旨在能確保維護的質量，還能為后期降低風險事故的發(fā)生率，為保護好維護人員的人身安全等奠定堅實的基礎。

4 總結

煤礦開采掘進過程中，受到地質結構和管理效率等方面影響，安全問題難以得到有效保障。同時頂板事故是煤礦開采掘進過程中經常出現(xiàn)的事故類型，如果煤礦企業(yè)沒有加大對煤礦開采掘進作業(yè)面頂板的管理，將會造成嚴重的后果。對此本文結合煤礦開采掘進過程中可能出現(xiàn)的頂板問題進行了全面剖析，通過做好支護管理，制定嚴格的支護管理方案和技術要求，做好頂板管理的監(jiān)督和維護等，從而提升頂板的管理質量，為煤礦掘進工作保駕護航。