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煤矿回采工作面矿压与顶板管理分析 肖兴喜 金沙县禹谟镇牌坊岩煤矿， 贵州 毕节 5 5 1 8 0 0 摘 要 在煤矿的安全生产管理中， 回采工作面矿压与顶板管理是管理工作的重点内容之一。矿压如果不正常， 会对煤炭开采工 作造成影响 ， 轻则影响煤炭开采的进度， 重则造成工作面的垮塌。在本文中， 笔者从矿压压力及可造成的危害入手， 系统分析了煤矿 回采工作面矿压与顶板管理。 关键词 煤矿生产； 回采工作面 ； 矿压管理； 顶板管理 中图分类号 F 4 0 6 ． 2 ； T D 3 2 3 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 8 0 1 5 5 2 0 1 4 0 5 0 1 2 0 0 1 一 、矿山压力及其可造成的危害 地下的岩体在被开采之前， 在自重的作用下， 在其 内部所引起 的应力被 统称 为原 岩应力 。在被开采 之 前 ， 岩体基本处于静止的状态 ， 当开采人员在巷道作业 或者进行 回采作业时 ， 破坏了岩体的应力的平衡状态， 那么就会引起岩体 内部应力的重新分布。如果重新分 布的应力超过了煤炭 、 岩体的极限强度 ， 就会对周 围的 煤炭 、 岩体造成破坏 ， 这种破坏会一直持续到再次形成 新的应力平衡为止。 这时 ， 作业巷道 和回采工作面就会 形成一个与原 来的应力场截然不同的新的应力场 ， 被称之为二次应 力场。这种由于开采 活动 而在煤炭 、 岩体 中及其支护 物上引起 的力 ， 就被称之为矿山压力。 矿山在矿山压力 的作用下 ， 会 发生一系列 的力学 现象 ， 比如围岩会变相或者挤入巷道 ， 移动或者 冒落 ， 支架发生变形 或者折断 ， 压 裂或者塌陷等等。总而言 之 ， 矿山压力显现会给开采 以及 回采工作造成危害 ， 从 而影响煤矿 的正常开采工作 ， 重则会造成 回采工作面 的垮塌， 造成严重的人员伤亡。 二、 回采工作面顶板的分类 根据顶板岩层以及煤层 的相对位置、 煤层的特性 ， 顶板岩层可以划分为以下三类 一伪顶 。伪顶位于煤层 的上方， 其厚度不是很 大， 而且容易垮 落， 如果有 落煤的情况 ， 那 么就会 随落 煤一同垮落 。伪顶多数是 由炭质页岩组成 ， 一般情况 下 ， 其厚度不会超过 0 ． 5 m。 二直接顶。直接顶在伪顶或者煤层上方 的一 层或者数层 的岩层 ， 通常由页岩 、 泥质页岩和砂质页岩 组成。在大多数情况下 ， 工作面支架 回撤之后 ， 直接顶 会随之垮落 。而在为数不 多的情况下 ， 直接顶也可 能 是不容易垮落的岩层 。 三老顶。老顶在直接顶 的上方 ， 且距直接顶有 一 定的距离 ， 是厚度较厚而且 比较坚硬的岩层 ； 不过有 时也有可能位于煤层上部 ， 通常有砂岩 、 砂砾 岩等岩石 组成 。一般情况下 ， 老顶可在采 空区上部 位置较大的 悬露面积 ， 而不是随着直接顶一块垮落。从 顶板的管 理角度看 ， 顶板大致可划分为 5种 第一种是 比较容易 垮落的松软顶板。直接顶的岩层几乎全是 比较容易垮 落的岩体 ， 回柱之后顶板就会垮 落。第 二种是 中等垮 收稿日期 2 0 1 4 0 1 1 6 1 2 0 落的顶板 。直 接顶属 于松软 岩层 ， 其厚度一般不会太 大 ， 一般不会超过煤层高度 的 4倍 ， 而且能随着 回柱的 回撤而垮落 ， 但由于垮落的厚度 比较小， 因此无法填满 采空区。第三是不容易垮落 的坚硬顶板。老顶 的岩层 可直接覆盖在煤 层之上 ， 而不会 随着 回柱而垮 落掉 。 第 四是极难垮落的坚硬顶板。煤层 的上面一般会覆盖 着厚度 比较大 的坚硬岩层 ， 悬露几平方米 ， 有时甚至悬 露上万平方米也不会垮落。第五是塑性弯 曲的顶板 。 三、回采工作面顶板控制 中存在 的问题 顶板管理是煤 矿安全 生产管 理 中的主要 技术 之 一 ，回采工作面矿压显现规律及其控制技术研究是 煤 矿安全生产管理 中迫切需要解 决的课 题之一。当前 ， 回采工作面顶板控制管理中存在 的主要问题有 一 顶板管理工作不到位 就拿湖南省 为例 ， 湖南 省 的煤矿只有一小部分是 国有煤矿 ， 井下巷道 和回采工作面支护方式采用 的是 木支护， 因此支护的强度 比较低 ， 达不到相应 的标准和 要求 ， 工作面的回采工艺用的依 旧是巷道式 ， 顶板的管 理模式比较落后 ， 以至于安全生产事故频发。 二 支护 的稳 定性 问题较 为 突 出 如果煤层的顶板是 复合 型的顶板 ， 那么如果支架 的稳定性 、 支护不 到位 ， 或者 是顶板出现裂隙 ， 就会 出 现顶板岩层与上位硬岩离层 的状况。由于局部 冒顶或 者是其他一些 因素 ， 断块岩石可能会沿着煤层往下方 移动 ， 从而对支架造成影响 ， 或者是形成支架 向下 的推 力。煤层的倾角越大则推力也就越大 ， 支架 或者支柱 也就很容易被推倒 ， 就容易引发安全生产事故。 三 悬顶面积过大造成推垮型安全事故 悬顶面积过大造成推垮 型安全事故 的原因主要在 于支柱或者支架。首先如果液压泵站 的供压力不 足， 从而造成支柱或者支架的支撑力无法平衡支柱或者支 架上方垮落地带 的岩石重量 ； 其次是 支柱或者支架的 初撑力无法切断直接顶 ， 不能实现其与老顶 的分离 ； 再 次是支架或者支柱的收缩性不强 ， 无法适应岩层 的下 沉 ； 最后是支柱的数量不够， 造成支柱的支撑力无法平 衡支柱上部垮落地带岩石的全部重量 。 四 支柱有效的工作阻力没有保 障 如果顶底板不具有 足够 的抗 压能力 ， 那么也 就不 可能发挥其正常下的设计能力 。 下转第1 2 4 页 1 0 O 0 l 3 O 0 1 6 O 0 l g O 0 霎 ≥ 菱 晒 罐一⋯ 。 一 ～ ⋯⋯ 图 5 3号测点 C O、 0 浓度监测 曲线 4结论 神华乌海能源公司路天煤 矿 0 4 1 6 0 4工作面 防灭 火工作在 2 0 0 9年被列为神华乌海能源公 司的重点工 作之一 。经三年的开采 ， 采用遥感技术配合采 空区注 氮的实践 ， 得到以下结论 1 遥感技术配合采空 区注氮 ， 注氮 9 h时 C O、 0 的浓度均达到 了安全点 以内， 有效 防止采空 区浮煤 自 燃 ， 确保工作面顺利回采完毕。 2 采用遥感技术注氮防灭火方式可有效利用现 有设备 和仪器仪表 ， 成本 低、 工艺简单 ， 是 防治煤矿井 下采空区 自燃 发火 难题 的有效手段 ， 具有非常广 阔的 发展前景 。 参考文献 [ 1 ] 张金山， 寇斐斐． 公乌素矿煤层 自燃原因分析及防治技术 [ J ] ． 内蒙古煤炭经济， 2 0 1 3 ， 0 3 ． [ 2 ] 刘水旺， 等． 注氮技术在鑫顺煤矿采空区防灭火中的应用 [ J ] ． 煤， 2 0 1 2 ， 0 9 ． 责任编辑 熊红婴 上接 第 1 1 3页 说明此时的断层面处于一个稳定的状态。然而 当工作 面 自断层上盘继续 向断层推进时 ， 剪应力上升趋 势明 显加快 ， 正应力变化微弱 ， 断层剪应力与正应力 的比值 随剪应力 的变化而变 大， 此 时， 断层 容易发 生滑移 失 稳 。从数据上 ， 我们可以看出 ， 无论工作面是在断层的 下盘或者上盘 ， 回采 工作 面向断层 面推进都会对 断层 面应力状态的产生一定影响。 3结 论 无论在下盘或上盘 向 F 断层开采 ， 剪应力与正应 力都随着工作 面的向前开采而增大 ， 且 开采距 断层一 定距离时 ， 剪应 力上升 幅度 变大 ， 正应力 上升依 旧缓 慢 ， 导致剪应力与正应力比值增大， 当距离 F 。 断层 2 0 m时达到最大值 ， 此时最容易导致断层 的滑移失稳 ， 而 发生断层冲击地压 。 参考文献 [ 1 ] 窦林名， 何学秋．冲击矿压防治理论与技术[ M] ．徐州 中 国矿业大学 出版社 ， 2 0 0 1 ． [ 2 ] 王金安， 等．临近断层开采动力危险区划分数值模拟研究 [ J ] ．岩石力学与工程学报 ， 2 0 0 7， 2 6 1 2 8 3 5 ． 责任编辑 熊红婴 上接第 1 2 0页 一 般情况下， 顶底板的抗压人能力越高的话 ， 那么支柱 与支架和围岩的总刚度也就会越大 ， 在这种情况下 ， 支 l 2 4 柱就会发 挥其 良好 的设计性 能。而在地 压 的作用 之 下， 伪顶的存在必然会导致支柱总的刚度及其有效工 作阻力下降。 除了上述四个 问题 之外， 回采工作 面矿压 与顶板 管理中存在的问题还有矿压观测工作开展的不到位、 管理工作人员不认真对待顶板管理工作等等。 四、回采工作面矿压及顶板控制管理策略 一 类拱 式顶板 的控 制 类拱式顶板的控制所遵循 的主要原则是支与护并 重。这种控制方法的重点在 于应当使用支护强度可 以 平衡工作空间以及采 空区上方类拱结构 的失稳条 件。 第二是采用塑料网护顶 ， 并且要保持直接顶的完整性。 二 拱 梁式 顶板控 制 拱梁式结构顶 板 的控 制遵循 的最 主要 的原 则是 支。这里 的“ 支” 主要指的是采用的支护强度应当可 以 支撑直接顶岩石的全部重量， 并且尽可能减少老顶与 直接顶之间的离层 ， 同时还必须起到平衡采空 区上方 拱梁式结构的作用 。 三 整体垮塌式顶板的控制 由于整体垮塌式顶板 的周期性 不是太明显， 在 出 现回采工作 面的主裂隙发育与工作面方 向平行时 ， 其 可以造成顶板的破坏 ， 在直接顶 比较薄的区域 ， 就会形 成垮塌式的结构 。 整体垮塌式顶板 的控制重点是“ 支” 。但必须采用 强放顶弱化顶板作为前提条件 ， 再有 ， 如果 回采工作面 方向与裂隙方向的夹角在 1 2度以上 ， 那么就可 以断定 支护强度平衡工作空 间以及采空 区的矿压 ， 从 而有 效 避免整体垮塌式顶板的形成。 结语 在煤矿安全生产管理 中， 煤 矿 回采工作面矿压与 顶板的管理是最为重要的 内容之一 。在本文 中， 笔者 结合 自身的工作经验 ， 从矿 山压力及其可造成 的危 害 出发 ， 回采工作面顶板的分类 ， 回采工作面控制 中存在 的问题和不同回采工作面的控制 四个方面具体分析 了 煤矿回采工作面矿压与顶板 的管理。希望本文有助于 提高回采工作面矿压与顶板管理 的水平。 参 考文献 [ 1 ] 张德 良． 浅析煤矿 回采工作面矿压与顶板管理 [ J ] ． 科技信 息 工程技术 ， 2 0 1 0 3 2 ． [ 2 ] 宁琼， 等． 煤矿回采工作面矿压与顶板管理探讨[ J ] ． 现代商 贸工业 ， 2 0 0 9 5 ． [ 3 ] 刘浩． 煤矿回采工作面矿压与顶板管理分析 [ J ] ． 科技创业 家 煤矿技术 ， 2 0 1 3 5 ． f 4 ] 王义峰． 煤矿回采工作面矿压与顶板管理探讨[ J ] ． 中国科 技博览， 2 0 1 0 3 2 ． [ 5 ] 闫晋峰． 回采工作面矿的顶板管理研究[ J ] ． 科技传播， 2 0 1 3 3 ． 责任编辑 熊红婴 Ⅲ 啪 { 詈 呈 l 0 n n 避蛙蘸 鞲 ．