浅析煤矿回采工作面矿压及顶板管理.pdf

2 0 1 6年第 6期 总第 1 2 9期 缸 潦 与 { } 圭 E N E R G Y A N D E N E R G Y C O N S E R V A T I O N 2 0 1 6年 6月 浅析煤矿回采工作面矿压及顶板管理 张喜贵 山西煤炭运销集团安全生产培训中心，山西 太原 0 3 0 0 0 6 摘要 基于煤矿回采工作面矿压及顶板管理现状，浅谈有效控制回采工作面矿压及顸板建设质量的措施 ，即实现煤 炭安全管理的有效措施 。 关键词 煤矿 ；回采工作面；矿压；顶板 ；管理 中图分类号 T D8 2 文献标识码 A 文章编号 2 0 9 5 0 8 0 2 一 2 0 1 6 0 6 0 0 5 4 0 2 Si mpl e Ana l y s i s o f M i ne Pr e s s u r e a n d Ro o f M a na g e me nt i n Co a l M i ni ng W o r k i n g Fa c e ZHANG Xi g u i S a f e t y P r o d u c t io n T r a i n in g C e n t e r ， S h a n x i Co a l T r a n s p o r t a t i o n a n d S a l e s Gr o u p ， T a i y u a n 0 3 0 0 0 6 ， S h a n x i ， Ch i n a Ab s t r a c t Ba s e d o n t h e p r e s e n t s i t u a t i o n o f u n d e r g r o u n d p r e s s u r e a n d r o o f ma n a g e me n t i n c o a l mi n i n g wo r k i n g f a c e ， t h i s p a p e r a n a l y z e d me a s u r e s f o r e f f e c t i v e l y c o n t r o l l i n g wo r k i n g f a c e u n d e r g r o u n d p r e s s u r e a n d r o o f c o n s t r u c t i o n q u a l i t y ， n a me l y ，t h e e f f e c t i v e me a s u r e s t o r e a l i z e t h e c o a l s a f e t y ma n a g e me n t ． Ke y wo r d s c o a l mi n e ； mi n i n g w o r k i n g f a c e ； mi n e p r e s s u r e ； r o o f ； ma n a g e me n t 0 引言 回采工作面矿压及顶板的安全管理作为煤矿生产 和开采活动的重要环节 ，关系到相关工作人员的生命 安全 ，同时也对煤矿的正常运转具有一定 的影响。有 相关数据表明，大约5 0 ％左右的煤矿开采事故均是 由于 顶板故障或 回采工作 面矿压不达标引起 的，因此 ，加 强 回采工作面矿压及顶板的安全控制势在必行 。基于 此 ，本文从煤矿 回采工作面矿压及顶板管理现状视域 展开探究 ，简单分析提升其安全管理 的有效措施 ，期 望能为中国煤炭安全管理提供一定 的参考与指导。 1 煤矿回采工作面概述 1 ． 1 管理现状 煤矿 回采工作面矿压管理是建立在破坏原有应力 由于地下岩体 的自重作用 ，引发 内部改变 的力平衡 的基础上 。煤矿开采前 ，其岩体通常处于静止状态 ， 因此 ，在进行回采工作时，便会打破原有的应力平衡 ， 使得岩体内部应力作用发生改变 ，形成新的应力分布， 且重新构成的应力 ，往往会超过煤炭 、岩体 自身 的极 限强度 ，形成强大的煤矿回采工作面矿压 ，影 响正常 安全回采工作 ，往往会造成回采工作 面垮塌 ，严重者 造成人员伤亡事故。 1 ． 2回采工作面的顶板分类 虽然各 煤层埋 藏的深度有机地质 构造有所不 同 ， 但采空 区及支护工作 面处理的主要 目的依旧要 围绕着 控制 围岩来开展 ，以免被采空 区以及支护面等遭到变 形破坏等 ，为煤矿工人 的工作安全提供有力保障 ，确 收稿 日期2 0 1 6 0 1 1 4 作者简介张喜贵，1 9 6 6 年生，男，山西大同人 ，2 0 1 1 - 毕业于黑 龙江科技学院采矿工程专业 ，工程师。 5 4 保其工作空间的安全。在支护 回采面 的过程当中，支 护顶板 的岩层 、处理采空区 、工作支护管理等均都称 作顶板管理 ，进行顶板管理需根据岩层及煤层的位置 及相对特性等来进行 ，且可分作下面几个种类[1 】 1 ． 2 ． 1 伪 顶 伪顶属 于岩层之一 ，是 由一些厚度小且位于煤层 上易垮落的碳质页岩所组成 ，这类岩层通常情况下都 会 出现落煤垮落 的现象 ，垮落的厚度通 常不低 于0 ． 3 m～0 ． 5 m，所 以无论是采全 高巷道还是厚煤层 的回采 等工艺都会建构成伪顶面 ，用 以推进工作进度 ，但却 出现随采随垮的现象。 1 ． 2 ． 2 直接 顶 直接顶的位置是在煤层上或伪顶上 ，也属于岩石。 一 般情况下 ，直接顶的岩石都是 由一些砂质页岩 、泥 质页岩等组成 ，且为 l 层或多层岩石 。在 回采工作过程 中若撤 回支架就会导致直接顶垮塌 ，而遇到坚硬砂质 泥岩时也会随着放顶步距的不断加大而发生垮落。 1 ． 2 ． 3 老顶 老顶处于直接顶 的上方 ，且与直接顶具有一定 的 距离 ，该层岩层 比较坚硬 ，且十分厚重 ；老顶岩层一 般是 由砂砾 、砂岩及石灰岩组成 ，通常情况下处 于直 接顶上方 ，但也有可能处于直接煤上 ，老顶会在采空 区的上方维持并悬露出很大面积 ，一般情况下很难直 接垮落 ，但随着支架的移动 ，或移到一定 的距离后就 会导致老 顶出现垮落 ，进 而对工作 面出现造成压力 ， 当煤帮压力不断增大后 ，顶板会随着工作面的推进对 其产生周期来压 ，根据顶板 的管理分类可将其分作下 面四类 a 中等垮 落顶板。这一顶板与直接顶的厚度 差不多 ，以松软岩层为主要组成部分 ，但往往会 随移 架 、回柱而出现垮落 ，且垮落下来的岩石很难将采 空 2 0 1 6年第 6 期 张喜贵 浅析煤矿回采工作面矿压及顶板管理 2 0 1 6年 6月 区填满 ；b 坚硬顶板 。这一顶板包括极难垮落顶板及 难垮落顶板 ，且在这此种情况之下 ，老顶 的岩石往往 对煤岩层 的上方直接形成覆盖 ，但不会 随移架 、回柱 而垮落。由于坚硬顶板岩石层 比较坚硬且厚 ，因此就 算悬露较大的面积也不会出现垮落；e 塑性弯 曲顶板。 直接顶有一定厚度及硬度 ，所 以回柱之后往往会 出现 塑性弯曲、下沉 ，并不是发生垮落 ，且逐渐接触底板 ， 进而使得工作 面的落山顶板发生逐渐下沉现象 ，下沉 之后就变成 了自然平衡 的拱 ；d 中等垮顶板 。直接顶 属于松软的岩层 ，虽然其具有一定 的厚度 ，但通常厚 度不会太大 ，仅 比煤层高2 倍 ～3 倍 ，也会 由于回柱而 出现垮落 ，垮落的石块很难将采空区填满阁 。 2 分析煤矿顶板管理存在 的问题 a 1技术落后 。煤矿 回采工作面的顶板管理 ，所采 用 的顶板管理技术一般采用支护方式 木支护 ，这样 的支护强度 比较弱 ，往往其撑力达不到煤矿开采安全 的要求 ，且 回采工艺往往采用巷道式 ，容易造成安全 事故 ；b 顶板控制的面积较大 ，造成煤壁片帮。由于 回采工作 面顶板控制技术较为落后 ，其支护强度弱 ， 或 出现临时支护 不及时支护现象 ，往往导致顶板 的控制间距变大 ，随之 ，导致煤体受到的外在应力增 大 ，形成较为严重的煤壁片帮 ，且将 回采工作面 比较 薄弱 的煤层节理裂隙 ，分布在地质破碎带 ，造成 回采 工作面顶板安全管理 的进度变缓 ，且如遇到落差较大 的斜交断层 ，便会引发大面积煤壁 片帮 ，这样 ，便会 使得煤壁处所承受压力增大 ，造成一系列片帮事故 。 同时，若 回采工作面顶板控制速度缓慢 ，则会加剧灯 板压力 ，为煤壁片帮制造更多的作用时间 ，会直接导 致原有岩体 的应力增大 ，导致煤层破碎 ，进而加深煤 壁 片帮的负面影响 ；c 支柱阻力不达标 。回采工作面 的顶板应具备坚强的抗压能力 ，这是 因为顶板抗压能 力越强 ，则代表支护性能越好 ，但 目前中国的煤矿回 采工作面顶板强度不达标 ，导致支柱有效阻力不达标 ， 容易引发一系列安全事故 ；d 支护的稳定性较差 。目 前 中国的煤矿开采 ，一旦遇到煤层顶板为复合型顶板 ， 则会 由于支护的稳定性较差或由于不及时支护 ，或出 现顶板裂 隙现象 ，最终使得上位硬岩与顶板岩层出现 严重的断离 ，造成煤层层面的倾斜方向发生严重下移 ， 形成强大的支护推力 ，容易将支柱推倒 ，造成大面积 回采工作面 冒顶 ，导致一系列顶板安全事故发生 ；e 悬顶面积过大 。回采工作面顶板 中的悬顶 面积过大 ， 容易造成推垮型安全事故的发生。追究其原 因，在于 支柱的压力承受能力难以承担垮落带岩石 的重量或不 能有效切断直接顶 ，难以有效地将老顶与直接顶分离 ， 同时 ，支柱 收缩性差难 以有效适应岩层 的下沉 ， 最终导致推垮型安全事故 的发生 ；f 缺乏必要 的监测 制度 ，且容易受到外在强大的冲击地压。煤矿 回采工 作面顶板周围往往会受 到岩层 自重应力 、支承压力及 顶板 断裂等因素的影响 ，产生强大的冲击地压力 ，这 样 ，便会促使顶板安全事故发生率的提升等网 。 3 实现煤矿 回采工作面矿压安全管理的有效措施 煤矿回采工作面矿压管理应建立在保障原有 的应 力 由于地下岩体的 自重作用 ，引发 内部改变 的力 平衡的基础上。在煤矿开采过程 中，要事先做好相应 安全事故防范措施 ，通过各种各样 的方式 ，帮助相关 工作人员掌握岩体知识 、结构 、性能等 ，且通过各种 各样的方式 ，全面提升相关工作人员 的综合素质 ，提 高他们 的自我 防范意识 ，安全操作 。在 回采工作面矿 压安全管理上 ，应制定详细 、科学 的管理体系 ，利用 科学的开采工具 ，尽可 能避免破坏原有 的岩体结构 ， 避免岩体 自身应力改变 ，将其变化控制在最小范围 ， 使得岩体的静止状态与运动状态达到平衡 ，从而全 面 有效地规避安全事故发生。 4 实现煤矿顶板安全管理的有效措施 a 加强技术研究与投入。煤矿 回采工作 面顶板管 理 ，需借助先进 的管理技术 ，因此 ，可积极借鉴国外 详见的顶板控制技术 ，且要结合 中国煤 矿开采的实际 情况、地理特征等 ，因地制宜地选用 ，同时 ，加强 中 国煤矿 回采工作 面顶板技术的 自主研发 ，这就需要社 会各界加强煤矿开采技术研究的关注度 ，国家 、政府 、 社会 、集体等协 同合作 ，为技术的发展建言献策 ，并 提供充足的研发资金 ，保障 自主研发的顺利开展。尤 其加强支护性能的研究 ，全面提升支护性能 ，降低 由 于技术问题引发的安全事故发生率 ；b 控制顶板面积 ， 避免煤壁片帮的产生 。对 回采工作面顶板面积进行定 期检查 ，一旦发现任何异常 ，及 时调整或停止作业 ， 在保障顶板面积符合科学标准的基础上 ，才能正式开 展煤炭开采工作 ，同时 ，通过这样的方式 ，能有效 降 低煤壁片帮的发生率 ，至少能降低 由于煤壁片帮引起 的安全事故 的发生率 。为有效规避 煤壁片帮的发生 ， 必须加强支护的及时安装 并保证支护的质量 ，尽可 能避免落差较大的斜交断层 ，保证回采工作面顶板安 全管理的整体进度 ，从而才能有效降低一系列安全事 故的发生率 ；e 加强支柱阻力 达标即可 。无论采取 什么样的方式 ，达到提升顶板支撑能力 的 目的 ，增强 顶板强度 。一方面可依靠先进 的顶板设计技术 ，另一 方面可在顶板制作材料上下功夫 ，多选用耐用 、承受 能力强的材料作为制造顶板原材料 ，从而全面提升顶 板性能 ，从而增强支柱阻力 ，全面提升顶板管理效率 及质量 ；d 强化支护 的稳定性 。支护 的稳定性 ，需依 赖稳定性材料 ，同时 ，需减少外在因素的影响 ，如氧 化、H z S O 等。并在开采过程中，需保证上位硬岩与顶 板岩层不断裂 ，避免回采工作面顶板不 冒顶 ，定期进 行检查 ，从而有效规避相关安全事故发生 ；e 有效控 制悬顶面积 。在煤炭开采前 ，事先要检查 回采工作面 的悬顶面积是否达到安全开采的标准 ，利用先进 的测 量工具 ，科学地进行 面积计算 ，并定期进行审核 ；f 构建完善科学的回采工作面顶板监测体系 ，对相关监 下转 5 7页 5 5 2 0 1 6年第 6期 魏建伟 浅析大采高综采技术的发展现状与趋势 2 0 1 6年 6月 律与稳定结构的研究需进一步深入分析 ；b 大采高综 采面煤壁片帮控制问题。在大采高综采技术中，煤壁片 帮是十分关键的问题之一。据相关资料统计 ，大采高综 采面支架围岩事故发生率通常都是综采面的几倍 以上。 一 般使用煤壁塑性区发育宽度来对煤壁片帮产生的原 因 与防治技术进行探索，但这种传统方式准确性较低。这 是由于采动煤壁本身塑性变形只是片帮出现的必要条件 ， 而不是充要条件。同时 ，煤壁片帮与时间也存在密切关 系。因此，对煤壁塑性变形环境下的破坏机制进行研究， 并在理论基础上对片帮时效性进行研究才可更加深入地 探析煤壁片帮的内部机制 ；c 大采高综采机械设备与 国外相 比仍有一定差距 。与国际先进大采高综采设 备 相 比，中国当前使用 的机械设备 、机械设备 的生产能 力与其依然存在着显著差距 。中国综采工作面的 自动 化机械设备的煤矿生产能力在3 0 01 0 t 左右 ，这一数 值仅为美国、澳大利亚的5 0 ％左右 ，而采煤机开机率也 仅为先进国家的5 0 ％左右 。例如 ，中国大功率重型刮 板输送机与国外的差距主要表现在 国产工作面刮板 输送机 、破碎机仅可满足年约3 0 01 0 t 综采工作面的 机械设备需求 ，且与 国外设备相 比，不单生产能力 、 使用性能较低 ，在元件 、结构安全性 、软启 动、设 备 在线使用监控方面也存在较大差距。 3 大采高综采技术的发展趋势 厚煤层一次采全高高效综采技术成为了当前煤炭 开采技术 的主要研究课题之一 。伴 随着煤矿开采面的 大规模集 中化方 向发展 ，大功率 、高效率的机械化开 采设备十分关键 。大采高综采技术在未来发展 中必然 朝着机械设备大型化 、装备 自动化 、机械技术安全会 的方 向发展 。a 1采煤机装置功率将会达到2 MW的水 平 ，其 中独立截割设备的功率将会达到7 5 0 k W以上水 平 。牵 引速度将达到2 5 m ／ m i n 左右 ，牵引力将超过8 0 0 k N。所有机械设备 的元件与构成可靠性与安全性将会 大大提升 。且新技术与新工艺将会不断普及 ，采煤机 高度 自动调节技术 、工作面位置传输与确定技术 、高 效去尘 、故障诊断技术将会逐渐普遍并使用 ；b 带式 输送机朝着大型化 、综合化 、安全化方 向发展。带式 输送机 的远距离 、高怠速 、大功率将会成为大采高综 采未 来的发展方 向。带式输送 机 的输送 量要提 升至 3 0 0 0 t ／ h～ 4 0 0 0 t ／ h ，带速达到6 m ／ s 等 。单机驱动功 率将达到1 ． 0 M W ～1 ． 5 M W的水平 。同时 ，不断问世 的 新技术与元件将会普及[5 J 。如可控软启动技术、健康技 术 、高速托辊技术等 。这些技术的普及将会推动带式 输送机 的性能与使用效率得到进一步提升 ；c 大采高 综采的高强力液压支架也将得到提升。设计方法 、高 强度材料 、制造工艺等关键技术都将得到进一步 的突 破。电液控制系统与支架配套的对接 问题 ，综合提高 液压支架的技术 ，使得其使用性能与安全性能能追赶 国外先进工艺水平 ，实现液压支架国产化 ；d 工作面 生产工艺将会不断优化 ，智能 自动化控制技术也得到 提高。当前 ，自动化控制技术已成为 了煤矿综采工作 面主要的发展方向。针对4 m～ 6 17 1 的厚煤层赋存环境 与高效综采需求 ，探索综采工作 面的作业方式与配套 技术 ，优化液压支架 自动化系统 ，提高移架速度 ，提 升采煤机的自动化程度。 4 结语 大采高综采技术相对于分层综采 、普通综采技术 ， 可获得更佳 的经济效益 ，煤矿产量更大 。因此 ，深入 探索研究、妥善解决大采高综采 的技术难题 已成为大 采高综采的重要课题。该研究对煤矿开采工作大采高 综采技术的提升、提高煤炭开采安全性 、提升煤炭 出 采率有着十分关键的现实意义。 参考文献 [ 1 ] 袁永． 大采高综采采场支架一 围岩稳定控 制机理研 究[ J ] ． 煤 炭学报 ， 2 0 1 1 1 1 1 1 9 5 5 1 9 5 6 ． [ 2 ] 惠本利． 深部矿 井厚煤层超 大采 高综采技 术研 究展 望[ J ] ． 煤 炭科 学技 术， 2 0 1 4 4 1 1 - 4 ． [ 3 ] 李 占平． 大采 高综采工作 面供 电技术 的发展 与应 用[ J ] ． 煤矿 开采 ， 2 0 1 0 5 7 3 7 5 ． [ 4 ] 闫少宏 ， 于雷， 徐刚． 大采 高综采工作面产量再提 高的回 采工艺研 究[ J ] ． 煤炭科 学技术， 2 0 1 5 8 1 - 6 ． [ 5 ] 袁永 ， 屠世浩 ， 马 小涛． “ 三软” 大采 高综采面煤壁稳 定性及 其控制研 究[ J ] ． 采矿与安全工程 学报 ， 2 0 1 2 1 2 1 2 5 ． 责任编辑 高志凤 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●● ●● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 上接 5 5页 测人员制定详细的奖惩制度 ，全面提升他们的综合素 质 ，提高他们的责任意识 ，真正落实 回采工作 面顶板 安全控制工作 ，尽可能控制冲击地压力 的产生 ，在人 文及管理制度上 ，全面落实 日常监测工作 ，防患于未 然 ，全面提升煤矿 回采工作面顶板的安全管理[4 1 。 5结语 只有真正落实好煤矿 回采工作面矿压及顶板的安 全管理 针对存在的问题 ，制定详细 、科学 的改进措 施 ，才能有效降低煤矿安全事故的发生率 ，全面提升 煤矿开采工作的效率及质量 ，保 障相关工作人员的生 命安全及切身利益 ，才能促进煤矿事业的健康发展。 参考文献 [ 1 ] 肖兴喜． 煤矿 回采 工作 面矿 压与顶板 管理 分析[ J ] ． 内蒙古煤 炭经济， 2 0 1 4 5 1 2 0 1 2 4 ． [ 2 ] 葛海军． 煤矿 回采工作 面矿压与顶板 管理 的探 究[ J ] ． 大科技 ， 2 0 1 4 9 2 3 0 - 2 3 1 ． [ 3 ] 张德 良． 浅析煤矿 回采 工作面矿压 与顶板 管理[ J ] ． 科技信息 ， 2 0 1 0 3 2 3 4 1 - 3 4 2 ． [ 4 ] 权 守兰， 戴传 申． 煤矿回采工作 面矿压与顶板 管理 分析 [ J ] ． 地 球， 2 0 1 3 5 1 3 7 ． 责任编辑高志凤 5 7