煤礦采掘工作面頂板管理問(wèn)題的處理方法探析

高永杰

（山西焦煤汾西礦業(yè)集團(tuán)宜興煤業(yè)，山西 呂梁 032300）

從當(dāng)前行業(yè)數(shù)據(jù)分析現(xiàn)實(shí)，煤礦采掘工作中有超過(guò)70%的安全隱患問(wèn)題出現(xiàn)在工作面頂板中，導(dǎo)致安全隱患出現(xiàn)的因素包括煤層疊厚與開采的范圍等等，對(duì)煤炭采掘工作帶來(lái)了較大的困境與生命危險(xiǎn)。由此，本文以杜家溝煤礦2-101復(fù)采工作面為背景針對(duì)綜合作業(yè)面采取綜合處置措施，探究有效解決安全隱患問(wèn)題的途徑，促進(jìn)企業(yè)煤炭生產(chǎn)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

1 工程概況

杜家溝煤礦當(dāng)前開采的是2號(hào)與10號(hào)煤層，2號(hào)煤層斜角2°～10°，平均厚2.55m，區(qū)域內(nèi)大部分為小窯舊巷，開采對(duì)象是區(qū)域遺留下的煤炭資源，含有多層夾矸，為了最大化礦井的經(jīng)濟(jì)效益，遂對(duì)該區(qū)域的開采點(diǎn)復(fù)采。

首次開采以礦井井田的中南部為對(duì)象進(jìn)行開采活動(dòng)，開采水平+720m，向北直達(dá)礦井外圍，向南接楊洼煤礦，向東接保護(hù)煤柱，向西接風(fēng)氧化露頭邊界。在復(fù)采活動(dòng)中，工作面位于首次開采的巷區(qū)東，使用“U”形布置，其工作面位置固定在實(shí)體煤層下，其切眼長(zhǎng)度為200m，開采時(shí)使用直徑較大的采煤機(jī)完成一次性斷面開采的一次全采高采煤法，這一開采方法對(duì)環(huán)境有一定的優(yōu)化效果，可以減少開采活動(dòng)的成本，提高工作效率，使企業(yè)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)創(chuàng)造更大的效益。從當(dāng)前施工的情況可以看見使用了MG-250型號(hào)的采煤機(jī)與ZZ6400/13/38型號(hào)的液壓支架、SGZ-764/800型的刮板機(jī)。

2 復(fù)采工作面回采頂板控制方案

在杜家溝煤礦的復(fù)采工作中，工作面會(huì)存在不同類型的冒落區(qū)、空巷，由此，施工首先要確定工作面的圍巖控制計(jì)劃，以便保障采掘工作有序開展。

2.1 復(fù)采工作面頂板管理要求

在采掘工作下，工作面始終堅(jiān)持液壓支架、煤炭壁與運(yùn)輸機(jī)的平直，設(shè)備平穩(wěn)、前后通道的暢通即三直兩平兩暢通；其次，復(fù)采工作的工作面高度要低于3.2m，地板也要在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)下保持平直，避免傘檐出現(xiàn)。在利用采煤機(jī)完成煤礦的割離后更要實(shí)現(xiàn)上述要求中的三直兩平兩暢通，保障工作面頂板符合標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，在采掘工作中，盡量拉近工作面頂板與控頂之間的直線距離[1]。

（1）機(jī)組切割煤炭時(shí)的位置要與前滾筒保持兩個(gè)液壓支架及以上的距離，同時(shí)，要及時(shí)打開暗箱子伸縮前梁。

（2）在機(jī)組的位置后，使用擦頂帶壓移架管理頂板，避免頂板出現(xiàn)頂漏、矸漏的情況，同時(shí)，支架在移動(dòng)后與后滾筒的距離要在兩個(gè)液壓支架及以內(nèi)。

（3）針對(duì)空巷及采空區(qū)等區(qū)域管理，要超過(guò)帶壓擦頂拉架；當(dāng)頂板故障時(shí)，支架位置下滑行程要超過(guò)100m[2]。

（4）拉架后，相鄰支架的高低差距要小于側(cè)護(hù)板與頂梁的差距，才能提高穩(wěn)定性。

（5）在過(guò)實(shí)體煤時(shí)，液壓支架的支撐力要超過(guò)24MPa，且在經(jīng)過(guò)各個(gè)特殊區(qū)域時(shí)候以護(hù)為主，盡量實(shí)現(xiàn)頂梁的平直[3]。

2.2 復(fù)采工作面過(guò)空巷頂板管理

（1）在經(jīng)過(guò)空區(qū)時(shí)的作業(yè)途徑。要以有效循環(huán)路徑為主推進(jìn)采掘工作有效開展，此時(shí)的進(jìn)刀途徑是在無(wú)空頂以及頂板完整的區(qū)域下完成循環(huán)任務(wù)[4]。在以MG-250 型號(hào)的采煤機(jī)進(jìn)行工作時(shí)，若頂板位置完好，則可以在區(qū)域中使用追蹤的途徑作業(yè)，當(dāng)割煤活動(dòng)一直到空區(qū)區(qū)域下則要科學(xué)管控采煤機(jī)的效率，使其可以在一定范圍內(nèi)。若使用超前帶壓地擦頂拉架的開采方式，則要及時(shí)對(duì)頂板進(jìn)行維護(hù)，當(dāng)支架難以應(yīng)用或者漏矸情況嚴(yán)重則應(yīng)該立即停止機(jī)拉架的應(yīng)用，當(dāng)相關(guān)情況穩(wěn)定后采煤機(jī)繼續(xù)工作。

（2）移架方式。頂板穩(wěn)定的地區(qū)則應(yīng)用擔(dān)架按先后順序移動(dòng)支架，使用2架拉去滯后的采煤機(jī)器；在空巷及空區(qū)內(nèi)，首先要確保支架底部的平直，避免低頭、抬頭情況出現(xiàn)，特別是相鄰兩個(gè)支架的差距要在頂梁側(cè)護(hù)高度的2/3 之下，才能在拉架情況中，以頂板破碎區(qū)的邊緣位置朝中間以及向前拉架。在對(duì)頂板破碎位置管理時(shí)，支架要遵循先護(hù)后支的順序，落實(shí)頂梁的平直，同時(shí)還要使各個(gè)支架的間距要在100mm 內(nèi)，此時(shí)，若仍出現(xiàn)漏矸的情況，則要立即停止移動(dòng)。

（3）矸石處理的途徑。煤炭采掘時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)頂板矸石掉落，首先要停止?jié)L筒機(jī)的工作，結(jié)合反向牽引管理采煤機(jī)，避免矸石移動(dòng)在采煤機(jī)的前端，延誤采掘工作。最好將矸石的位置拉取到溜子機(jī)的位置，以傳統(tǒng)的人工途徑碎石。

2.3 復(fù)采工作面過(guò)冒落區(qū)頂板管理

2-101工作面的煤層厚度較高，在出現(xiàn)垮落事件時(shí)與頂板有較大的空隙，導(dǎo)致復(fù)采工作出現(xiàn)冒落。其工作面與冒落區(qū)的關(guān)系如圖1所示。

圖1 2-101工作面與冒落區(qū)的關(guān)系

工作面頂板冒落原因分析：

第一，在工作面頂板上煤炭的壓力過(guò)高。在采掘工作中，工作面頂板在壓力承受能力方面有一定的限制，若煤礦的壓力過(guò)大，會(huì)使工作面頂板無(wú)法承受，出現(xiàn)頂板破碎的情況，進(jìn)而出現(xiàn)不良事件。第二，是配套設(shè)施不夠完善。因?yàn)槊禾坎删驎r(shí)兩個(gè)端口所承受的壓力聚集在一個(gè)點(diǎn)上，一般是在整體的頂梁中設(shè)置液壓支架，提高機(jī)器的保護(hù)功能。但若是液壓支架不能滿足支撐與保護(hù)的需求，就會(huì)出現(xiàn)頂板冒落的情況。第三，地質(zhì)環(huán)境惡化。煤炭采掘的位置一般在資源豐富的區(qū)域，這些區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境較城市而言更加復(fù)雜，容易受到外界因素干擾，最終出現(xiàn)頂板問(wèn)題。第四，機(jī)械作業(yè)管理不善。在煤炭采掘中，采掘工作的兩端要在機(jī)械化程度高的場(chǎng)所中完成，而當(dāng)前的工作設(shè)備容易出現(xiàn)難以支持的情況，最終出現(xiàn)頂板冒落。

3 煤礦工作面頂板管理措施

3.1 工作面協(xié)調(diào)法

在工作面位置之上出現(xiàn)大面積空頂時(shí)，首先確定旋轉(zhuǎn)中心的位置，將其設(shè)置在工作范圍外，而因?yàn)樾D(zhuǎn)過(guò)程下兩端會(huì)推進(jìn)旋轉(zhuǎn)的過(guò)程，可以在一定范圍內(nèi)協(xié)調(diào)頂板與煤壁之間的矛盾；其次，科學(xué)管理調(diào)斜的比例，結(jié)合趕溜、擺架、溜槽等途徑管理調(diào)斜的比例；再次，結(jié)合調(diào)斜的工程的實(shí)際，配合注漿、填充等方式管理冒頓區(qū)，其工藝如圖2所示。

圖2 協(xié)調(diào)法施工工藝

3.2 過(guò)冒頓區(qū)安全技術(shù)措施

3.2.1 調(diào)整工作面高度

首先科學(xué)管理工作面高度，結(jié)合工程實(shí)際將采高距離確定為2.6m；其次，應(yīng)用帶壓移架、超前支護(hù)、追擊作業(yè)；再次當(dāng)位置較近的支架距離控制在頂梁側(cè)護(hù)板的2/3中，提高穩(wěn)定性；在空區(qū)工作時(shí)，以地板為準(zhǔn)進(jìn)行工作，保障支架與頂端位置嚴(yán)密銜接；再次，當(dāng)正、負(fù)面的巷端頭在空區(qū)或者頂板破碎時(shí)候回收煤柱側(cè)棚腿；最后，因?yàn)檎锏南锏乐ёo(hù)是U 型棚，應(yīng)用木楔固定，另一端則固定在U型棚的背部。

3.2.2 大跨度支護(hù)工藝

結(jié)合現(xiàn)代化施工的理念，企業(yè)為煤炭采掘施工團(tuán)隊(duì)配備完善的現(xiàn)代化施工裝置，并及時(shí)回撤范圍?，F(xiàn)代煤炭生產(chǎn)公司及時(shí)增加范圍并結(jié)合切眼支護(hù)、作業(yè)平臺(tái)的配置措施，提高作業(yè)的效率有工作強(qiáng)度，減小施工作業(yè)的壓力，縮短配置的時(shí)間，其工作時(shí)間可以減少到50d。

3.2.3 頂板注漿加固

在一定的覆巖條件下，承壓含水層荷載的傳遞會(huì)使關(guān)鍵層出現(xiàn)破斷的情況，最終使作業(yè)面出現(xiàn)不良事故。針對(duì)這一情況，要提高圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，即采取注漿的方式優(yōu)化圍巖強(qiáng)度，使其得到充實(shí)，并在支護(hù)結(jié)構(gòu)方面形成固定的網(wǎng)格，將破碎的圍巖形成整體，保障其穩(wěn)定性。

3.2.4 疊加支護(hù)

在企業(yè)大型的煤炭采掘區(qū)域中，一般是以錨桿為支持完成開采。它不僅經(jīng)營(yíng)范圍廣，且煤炭的位置大部分都在底層的區(qū)域中，若錨桿的層級(jí)與支撐度不足，就會(huì)導(dǎo)致錨桿出現(xiàn)困難。同時(shí)，在錨桿結(jié)構(gòu)中，頂板結(jié)構(gòu)會(huì)伴隨環(huán)境的改變減少穩(wěn)固性。所以在面對(duì)上述問(wèn)題時(shí)，首先要增加點(diǎn)柱，而后要對(duì)構(gòu)筑進(jìn)行分段管理，完成架棚，采取先進(jìn)的采煤的標(biāo)準(zhǔn)，以此減少對(duì)政府部門與企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失?；诖?，頂板加固工作開展有一定的必要性。疊加支護(hù)的措施一方面可以提高巖層的穩(wěn)定，避免因巨石松動(dòng)問(wèn)題，另一方面可以保障頂板結(jié)構(gòu)與支持水平。且這一方式會(huì)受到錨桿的質(zhì)量、大小等因素的影響，出現(xiàn)相互補(bǔ)充、支持，并形成可以滿足硬度有彈性的組織架構(gòu)。以此解決頂板硬度差、平衡性不足、增容差距大的問(wèn)題。同時(shí)，疊加支護(hù)這一方式具有效率高、工程快的優(yōu)勢(shì)，在應(yīng)用后可以提高煤炭挖掘的能力，加快生產(chǎn)進(jìn)度。

3.2.5 加大局部煤層頂板加固作業(yè)

煤層采掘工作的重點(diǎn)之一就是進(jìn)行煤層加固，在工作中要提高對(duì)局部煤層支護(hù)工作的重視程度，使煤層壓力可以在采掘高度增加的情況下得到控制，解決煤巖層頂板壓力大、穩(wěn)定性不足的問(wèn)題。此外，施工人員還要積極開展局部煤層的支護(hù)工作，針對(duì)容易出現(xiàn)冒頂事故的區(qū)域在構(gòu)造帶的兩側(cè)完成支護(hù)，提高區(qū)域的支撐能力與操作性、控制范圍等，提高頂板管理效果與煤層穩(wěn)定性。而當(dāng)采掘高度不斷增加，且提升到一定程度，礦壓的情況會(huì)更加突出，煤層穩(wěn)定性會(huì)受到柱升高的影響逐漸弱化，支柱的中心位置也會(huì)在影響下不斷變換，最終導(dǎo)致事故出現(xiàn)，由此，在頂板管理中要積極選取科學(xué)合理的支護(hù)方式，以便于控制頂板的穩(wěn)定性特點(diǎn)。

3.3 科學(xué)選擇液壓支架

合理的液壓支架是煤礦采掘工作開展的基礎(chǔ)條件，因?yàn)橐簤褐Ъ苓x擇時(shí)要穩(wěn)定性作為核心進(jìn)行施工，由此，在選擇液壓支架時(shí)要綜合考慮液壓支架的各個(gè)因素：第一，承載力?？梢赃x擇不同質(zhì)量的石塊，將其放置在液壓測(cè)量器械上，支架最多所承載的重量確定為測(cè)量上限，同時(shí)，還可以應(yīng)用局部液壓結(jié)構(gòu)的支撐能力，通過(guò)所支撐的重量，確定液體支架；第二，開采高度。在開采過(guò)程中，要結(jié)合開采位置的變化動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)液壓支架的高度。在科學(xué)技術(shù)發(fā)展下，開采的能力不斷提高。企業(yè)可以將數(shù)字化的技術(shù)內(nèi)容納入開采活動(dòng)中，綜合考慮液壓支架高度對(duì)工作面的作用；第三，液壓支架結(jié)構(gòu)的位置。采掘時(shí)，要避免受到外界環(huán)境的干擾、選擇液壓支架，因?yàn)閴毫^(guò)高情況下，液壓支架會(huì)使煤炭采掘時(shí)直接粘合在底板中，選擇底座面積大的液壓支架，可以減少與底板的粘度，同時(shí)避免因?yàn)槊娣e不足導(dǎo)致的懸浮情況，還有要及時(shí)固定液壓支架，若其因?yàn)橥饨缫蛩爻霈F(xiàn)滑動(dòng)，難以保障挖掘工作人員的生命安全，不利于企業(yè)生產(chǎn)。

3.4 提高員工專業(yè)素養(yǎng)

在以人為本的理念下，企業(yè)經(jīng)營(yíng)除了要提高員工扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)與過(guò)硬的專業(yè)素質(zhì)外，還要對(duì)工作的質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)管，科學(xué)監(jiān)控工作的每個(gè)環(huán)節(jié)，保障每個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量。在實(shí)際施工下，員工要在系統(tǒng)培訓(xùn)活動(dòng)中充分提高自身的知識(shí)儲(chǔ)備與專業(yè)素養(yǎng)，形成安全意識(shí)。此外，還可以及時(shí)開展培訓(xùn)活動(dòng)增加員工的工作能力，將自身的薪酬與安全生產(chǎn)工作形成聯(lián)系，以保障企業(yè)生產(chǎn)的效率。

4 結(jié)語(yǔ)

煤炭采掘的回采過(guò)程下，頂板管理對(duì)于生產(chǎn)效率、安全管理工作的推行具有積極意義，由此，煤炭生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該提高工作面頂板管理的重視程度，本文以2-101復(fù)采工作遇到的空巷及冒落問(wèn)題為對(duì)象，提出了頂板控制技術(shù)，通過(guò)采取科學(xué)措施增強(qiáng)采掘工作的效率，使采掘工作有序開展，培養(yǎng)施工人員的安全意識(shí)，從而增加工作面的整體質(zhì)量，為整體質(zhì)量控制提供保障措施。