煤矿回采工作面矿压与顶板管理探析.pdf

科技创新与应用 I 2 0 1 5 年 第2 6 期 工 业 技 术 煤矿回采工作面矿压与顶板管理探析 杨 堂 军 重庆能源 贵州 煤电有限公司， 贵州 毕节 5 5 1 7 0 0 摘要 我国是资源大国， 煤炭是主要 的资源来源， 煤炭开采的安全 管理十分重要 。在煤炭开采过程 中， 矿压是重 中之 重。矿压 不 稳会带来不良影响， 轻则影响作业进度， 重则产生安全事故， 造成垮塌。g t , *- J JL， 矿区的回采工作面矿压与顶板管理十分重要。 文章主要针对矿压的危害进行概括， 分析了回采工作面顶板的种类及其存在的问题， 提出了解决的方法， 以期为煤炭开采中矿压 问题提供参考。 关键词 煤炭开采 ； 回采工作面 ； 矿压管理 ； 顶板 管理 1矿山压力及其可造成的危害 原岩应力是产生矿山压力的主要因素，原岩应力是在自身自重 的情况下内部产生的引力。 在矿区的地下岩体尚未开采之前， 原岩应 力一直处于稳定状态 ， 当煤炭开采人员进行煤炭开采时 ， 建立 回采工 作面 、 顶板 、 挖掘煤矿 、 运输煤矿等会破坏岩层的 内部原岩应力的平 衡， 在这种状态下， 岩体内部的原岩应力会重新排布， 直到其再次平 衡。在此期间， 原岩应力会破坏周围的煤层和岩体， 给煤炭开采工作 带来危险和难度。 在原岩应力重新排布后会形成新的应力场， 这种新 的应力场与煤炭开采之前完全不同。这种因煤炭开采活动而产生的 岩层内部应力的变化， 及与煤炭开采支护工具互相作用而引起的力 ， 被称为矿 山压力。矿山压力一直是煤炭开采与回采的难题， 矿山压力 不稳易造成煤炭开采与 回采工作 面的倒塌 ， 易发生安全事故， 造成人 员伤亡。 2回采工作面顶板的分类 顶板是回采工作面的重要组成部分， 顶板岩层、 煤层的位置以及 煤层的特点对顶板的设置有着十分重要的作用，根据这些方面顶板 岩层基本上可 以划分为三种 1 伪顶 。伪顶处于回采工作面顶板岩 层的最下方 ， 煤层的上方 ， 是最容易垮落的部分 ， 因为伪顶大部分由 炭质页岩组成， 厚度不够。在落煤情况发生时， 经常随煤块一同掉落， 极易发生安全事故， 造成人员伤亡。 2 直接顶。 直接顶的主要组成部 分有三种 分别是页岩 、 泥质页岩 、 砂质页岩， 一般情况下 ， 直接顶位 于伪顶上方或者煤层上方 的一层或数层的岩层中 ， 会 随着回采工作 面支架的拆解而垮落。 只有极少数 隋况 ， 不会垮落。 3 老顶。老顶是 回采工作面顶板岩层 中比较坚硬的岩层 ， 因其由硬度较大的砂岩 、 砂 砾岩等组成， 且位于直接顶的上方 ， 上部存在较大的悬露部分 ， 通常 不会随着直接顶的垮落而掉落。但是也存在特殊情况 ， 老顶可能位于 煤层上部， 但这种情况极其少见。 还有另外一种回采工作面顶板的分类方式，其划分依据是顶板 的管理角度 ， 基本上可划分为以下五种 1 松软顶板 。其特点是易垮 落。因其岩层中的组成部分是极易垮落的岩体 ， 回柱之后顶板就会垮 落。 2 中等垮落的顶板。 以管理角度划分的顶板分类中， 直接顶属于 中等垮落的顶板。根据其岩层 的松软程度可以推断出其厚度一般不 会超过煤层厚度的四倍 ， 所以， 中等垮落的顶板也会随着 回柱的拆解 而垮落。 但由于垮落的厚度 比较小 ， 无法填满采空区。 3 不容易垮落 的坚硬顶板。此类顶板一般存在于煤层之上， 质地坚硬， 很少随着回 柱的拆解而垮落。 4 极难垮落的坚硬顶板。此类顶板上方会存在较 大的悬露面积 ， 从几平方米到几万平方米不等 ， 而且不易垮落。因其 煤层上面覆盖着足够厚度的坚硬岩层 。 5 塑性弯曲的顶板。 3回采工作面顶板控制中存在的问题 煤矿安全生产问题是现阶段煤矿企业十分重视的问题 ，顶板管 理是保障煤矿生产安全 的重要指标 。回采工作 面的矿压问题与顶板 管理一直是煤炭行业技术人员持续关注与探索的课题。目前， 我国煤 炭行业回采工作面顶板管理中存在的问题主要有以下四个方面 3 ． 1顶板管理工作不到位 目前 。我 国大部分煤矿的巷道和回采工作面支护采用的是木架 支护方式 ， 成本少 ， 强度低 ， 不符合 国家制定的相关标准 ， 不能满足煤 炭开采的要求， 而且开采面回采工艺比较单一， 顶板的管理不到位， 管理模式漏洞百出， 在矿压不稳的情况下， 简单的顶板设置不能满足 开采需求， 造成垮落、 塌陷等安全事故频发。 3 ．2支护的稳定性问题较为突出 支架的稳定性是影响顶板安全的重要因素 ， 在支架建设过程 中， 如果不能保证支架的稳定性 ， 或者支护设置不合理， 在遇到复合型顶 板或顶板裂缝时 ， 支架就会与顶板岩层发生摩擦 ， 轻则 ， 导致岩层移 动 ， 影响支架的稳定性 。 重则 ， 将支架推到 ， 发生安全事故 。 另一方面， 有些矿区还存在局部冒顶等其他因素，都会对支架的稳定性造成影 1 5 ；z ． 响。 3 - 3悬顶面积过大造成推垮型安全事故 矿区回采 面的支柱或支架的平衡问题与顶板顶部岩层悬顶面积 过大而产生的安全问题息息相关。推垮型煤层倒塌安全事故就是在 这种情况下发生的。其产生的具体原 因是 1 矿区的液压泵压力不 足不能给支柱和支架提供足够的压力维持平衡性 ，不能支撑岩层上 方 的岩石重量。 2 支架和支柱的架设没能直接将老顶与直接顶分 离， 初撑力不够。 3 在岩层下沉的情况下， 支架和支柱的收缩性无法 适应 。 4 没有足够的支柱 ， 在岩层上方岩石垮落时不能完全平衡 和 支撑。 3 ．4支柱有效的工作阻力没有保障 支柱的有效工作阻力受多方面影响 ， 例如， 伪顶的存在等 。支柱 的设计对支柱的有效工作阻力有着十分重要的影响 ，合理的支柱设 计能够保证顶底板有足够的抗压能力， 即使在矿压的作用下， 支柱的 总刚度也能保证开采需求。而我国大部分煤矿开采作业面都没有合 理的支柱设计， 不能保证支柱的有效工作阻力。 影响 回采工作 面顶板安全的因素除了以上四点之外，还存在矿 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 等等问题。 4回采工作面矿压及顶板控制管理策略 4 ． 1类拱式顶板的控制 类拱式顶板 的控制重点在于平衡煤炭开采区工作空间和开采区 上方悬顶空间 ， 确保支护及支柱 的强度足够， 保证支与护的平衡。另 外 ， 可以采用塑料网护顶来保持直接顶的完整性。 4 ． 2拱梁式顶板控制 煤炭开采 回采面中支护的作用是不可忽视的 ， 支护当中的“ 支 ” 是起到平衡 回采面悬顶空间 ， 支撑煤层顶部岩石重量 ， 减少老顶与煤 层之间或老顶与直接顶之间的距离的作用。所以支是拱梁式结构顶 板控制 中最主要的原则。 4 - 3整体垮塌式顶板的控制 整体垮塌式顶版控制的主要原则同样是“ 支” 。和拱梁式顶板控 制不同之处在于必须采用强放顶弱化顶板作为前提。整体垮塌式顶 板具有周期性不明显 的特点 ，在煤炭开采时要注意回采工作面方 向 与裂隙方向的夹角， 当该夹角在 1 2度以上时， 支柱与支柱的强度就 足以平衡煤炭开采区的矿， 可以有效避免形成整体垮塌式顶板。当该 夹角趋于 0度 ，回采工作面与裂隙处于平行状态时，会直接破坏顶 板， 形成垮塌式顶板结构， 尤其是在直接顶比较薄的区域。 5结束语 煤炭安全生产工作是煤炭开采工作中的重点，做好煤炭回采工 作面矿压与顶 版的管理能够为煤炭开采安全生产工作 提供有效保 障。我 国虽是资源大国， 煤炭产量居世界第三， 但是许 多煤矿已进入 深度开采阶段。在煤炭的深度开采中， 回采工作面的正常开采和顶板 控制十分困难 ， 稍有疏忽 ， 就会酿成悲剧 。 在文章中， 作者就结合 自身 多年的实际工作经验 ，分析了矿 山压力产生的原因及可造成的巨大 危害 ， 运用两种分类方式阐述 了回采工作面顶版的分类 ， 解析了回采 工作面顶板控制中存在的问题并针对四个不同回采面的控制方法上 提出了解决问题的方法。希望文章有助于提高回采工作面矿压与顶 板管理的水平， 为进一步提高我国煤炭开采安全生产提供参考。 参 考文 献 【 1 】 张德 良． 浅析煤矿 回采工作面矿压与顶板管理田． 科技信 息 工程技 术 ， 2 mo 3 2 ． 『 2 】 宁琼 ， 等． 煤矿 回采工作 面矿压与顶板 管理探讨U l 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f J 1 ． 科技创业 家 煤矿技 术 ， 2 0 1 3 5 ．