浅谈煤矿回采工作面矿压与顶板管理.pdf

浅谈煤矿回来工作菌矿压与顶板管理 摘要回采工作面矿压与顶板管理是资江煤矿安全生产管理的重点之一。本文从分析矿山压力及其危害入手，介绍了 回采工作面顶板分类，并在此基础上深入分析了回采工作面顶板控制存在的问题以及煤矿顶板管理存在的主妥问题，提出了 工作面不同结构顶板的控制方法。 关键词煤矿回采工作面顶板管理 圄矿山压力及其危害 地下岩体在采动以前，由于自重 的作用在其内部引起的应力，通称为 原岩应力。因为开采前的岩体处于静 止状态，当开掘巷道或进行回采工作 时，破坏了原来的应力平衡状态，引起 岩体内部的应力重新分布。重新分布 后的应力超过煤、岩的极限强度时使 巷道和回采工作面周围的煤、岩发生 破坏，这种状态将持续到煤、岩内部再 次形成新的应力平衡为止。此时，巷道 和回采工作面周围煤、岩体内形成一 个与原岩应力场显然不同的新的应力 场，称为二次应力场。其形成过程就是 煤、岩体中应力重新分布的过程。这种 由于采掘活动而在井巷、啊室及回采 工作面周围煤、岩体中和支护物上所 引起的力，就叫做“矿山压力“。-在矿 山压力作用下，将引起一系列力学现 象，如围岩变形或挤入巷道、岩体离 散、移动或冒蓓，煤被压松、片帮或突 然抛出，支架变形、压裂或折断，充填 物产生沉缩以及岩层和地表发生移动 或塌陷等。这些由于矿山压力作用，使 围岩、媒体和各种人工支撑物产生的 种种力学现象统称为“矿山压力显 现“。矿山压力显现会给地下开采工作 造成不同程度的危害，影响正常的开 采工作和安全生产，造成工作面垮塌， 发生人员伤亡事故IUO 2回采工作面顶板分类 工作面支护与采空区处理的基本 任务，就是有效地控制围岩的变形与 破坏，创造安全的工作空间。由于回采 工作面支护主要是控制顶板岩层，所 以把工作面支护与采空区处理统称为 顶板管理[2]。 琼 {T ， 理且二一 位下 对以 相为 的分 层层 煤岩 与板 层顶 岩将 晰可 据性 根特 其 及类 1伪顶。直接位于煤层之上、厚度 不大、极易垮落的岩层，经常在落煤时 即随同垮落。伪顶多由炭质页岩等组 成，厚度一般在O.3-0.5m以下。 2直接顶。直接位于伪顶或煤层 之上的一层或数层岩层，常由泥质页 岩、页岩、砂质页岩等组成。多数情况 下，当回撤工作面支架后，直接顶即随 之垮落。少数情况下，直接顶也可能是 较难垮落的岩层。 3老顶。位于直接顶上方一定距 离内的厚而坚硬的岩层，有时也可能 直接位于煤层之上，常由砂岩、石灰 岩、砂砾岩等组成。一般情况下，老顶 能在采空区上方维持很大的悬露面积， 而不随直接顶一起垮落。 从顶板管理的角度，可把顶板大 体上归纳为5种 1易垮落的松软顶板。直接顶岩 层基本上都是较易垮落的岩层，回柱 后顶板即能垮落，垮落的岩块能充满 采空区，可较好地支撑上覆岩层。 2中等垮蓓性顶板。直接顶为松 软岩层，厚度不大，一般小于煤层采高 的2-4倍，能随团柱而垮落，但因垮 落的厚度小，不能充满采空区。 3难垮落的坚硬顶板。老顶岩层直 接覆盖在煤层之上，不随回柱而垮落。 4极难垮落的坚硬顶板。煤层上 面覆盖着厚度很大极为坚硬的整体性 岩层，在采区悬露几个甚至上万平方 米而不垮落。 5塑性弯曲的顶板。直接顶是具 有一定厚度的较坚硬岩层，回柱后并 不垮落，而呈塑性弯曲下沉，逐渐与底 板相接触。这类顶板常由塑性较大的 石灰岩、砂岩组成。 3固采工作面顶板控制存在的问 题 顶板管理是煤矿开采的主要技术 之一，矿压显现规律及其控制技术是 我国煤矿开采迫切需要解决的课题， 该课题的研究对我国煤炭工业持续发 展具有重要意义。尤其随着矿井开采 深度的增大，采场控制问题更加突出， 如煤壁片帮、伪顶、伪底和高地压破碎 造成总体刚度下降，无支护空间扩大， 支护系统刚度降低，有效工作阻力得 不到保障，支护结构稳定性问题，媒体 应力增大，媒体变形和积聚的弹性潜 能也增大等等都给顶板管理带来直接 困难。因此，必须在掌握回采工作面的 矿压显现规律的基础上，研究顶板事 故的致因并采取超前预防措施。 1采煤工艺蓓后，顶板管理不到 位。湖南省的煤矿中除小部份国有煤 矿外，井下巷道与回采工作面支护方 式采用木支护，支护强度低，初撑力达 不到要求，工作面回采工艺仍然采用 巷道式，顶板管理方式落后，事故频 发，伤亡比重较大。 2煤璧片帮，控顶面积扩大。煤壁 片帮的影响因素①支护强度低，或临 时支护不及时，导致控顶距加大，煤体 受到的应力增大，致使煤层破碎煤壁 片帮。②煤层节理裂隙等弱面分布在 地质破碎带。在工作面推进速度较慢 的情况下 ，如果遇落差较大的斜交断 层，会诱发大面积片帮。③媒壁处的支 承压力，在煤层上部有顶板压力存在， 支承压力升高造成片帮事故。④工作 面推进速度。工作面推进速度慢，则顶 AND MANAGEMENT 2008年第2期 板压力对工作面煤壁作用时间充分，板条件下发生的几率远大于中、浅部矿 来压iJ虽度。 容易导致片帮。③采深的影响。采深井的煤层，而且强度和危害程度也明显 ④整体塌垮式结构顶板的控制 的增加直接导致媒体受到的原岩应力 增大[坷。由于整体塌垮式结构顶板的周期 增大，从而使煤层更容易破碎致使煤 4煤矿顶板管理存在的主要问题 性不明显，主要是工作丽的主裂隙发 壁片帮。 育方向与工作面方向平行时，使弯坏 3支柱的有效工作阻力得不到保 资江煤矿位于湖南省冷水江市西 的顶板变为剪切破坏，直接顶较薄的 障。顶底板具有足够的抗压入能力是 南。矿井设计能力为30万吨/年。采用 局部区域，基本顶形成塌垮式结构。对 支架或支柱能够正常发挥设计能力的 斜井多水平上下山开采的开拓方式。目 这种顶板的控制原则重点是“支“。但 关键。顶底板抗压入能力越高，支架 前已经进入300m水平回采，最大采深 前提条件是，采用强强放顶弱化顶板 和支柱与国岩的总刚度越大，支护设 超过48Om，深部地压问题初步显现，顶 的来压强度。再就是将工作面的方向 计性能发挥越好。在地压作用下，伪 板问题相当突出，严重影响矿井的安全 与裂隙方向之间的夹角调至12度以上， 顶、伪底的存在必然导致支护总体刚 生产和高产高效矿井的建设。 以此使确定的支护强度平衡工作空间 度及有效工作阻力的下降。 随着矿井开采深度增大，给顶板 及采空区的压力，避免局部整体塌垮 4支护稳定性问题比较突出。当 管理和控制顶板事故带来了一系列的问 式结构的形成。 煤层顶板为复合型顶板时，由于支架 题，这些问题主要包括以下几个方面 6建议 稳定性、支护不到位或顶板裂隙的影 1顶底板岩性不稳定。顶板破碎，构 响，顶板岩层中就会出现与上位硬岩 造复杂。回采工作面顶板管理难度加大。由于资江煤矿已进入深部开采， 离层。因局部冒顶或别的因素影响，断 2地压增大。矿井的采深加大，地应给回采工作面的正常开采和顶板管理 块有可能沿煤层层面倾斜方向向下移 力加大，回采工作面顶板支护更加困难。造成了较大困难。同时，在顶板管理中 动，从而产生对支架或支柱向下的推 3深部开采冲击地压危害增加。也出现了一此难题。如矿井深部地质 力。煤层倾角越大，推力越大，支架 我国南方煤矿自然条件比较差，结构特殊的煤层地层，采场出现的底 或支柱也最容易被推倒。当工作面仰 生产力发展水平低，技术装备比较落板变形压力和复合顶板的动压控制问 斜布置时，顶板岩石断块就有可能沿 后，职工队伍技术素质比较低。煤矿必题9底板破坏深度与矿压显现的关系; 层面向老塘方向运动，而推倒支架或 须从技术装备、人员素质、管理措施等下部煤层瓦斯压力与矿压显现的关系; 支柱，造成工作面大面积冒顶，导致 方面来解决顶板事故等→系列技术、管底板冲击地压的机理及其控制途径的 顶板事故发生。 理难题[40研究g矿井深部复杂地质条件下的煤 5悬顶面积大，易发生推垮型事 5工作面不同结构顶板的控制方法 层开采与顶板控制等问题，都是现场 故。原因是支架或支柱①液压泵站 顶板管理研究中需要解决的一些重要 压力不够，支架或支柱的支承力难以 针对不同结构形式的顶板提出各 课题。建议资江煤矿与科研单位合作， 平衡支架或支柱上方垮藩带岩石的重 主采煤，层工作面的控制方峙。 进行一些相似材料模拟试验，通过理 量9②支架或支柱初撑力不能有效地 ①类拱式结构顶板的控制 论研究和实测研究成果，提出符合实 切断直接顶，不能使直接顶与老顶分 这种顶板结构的控制原则是“支 际条件的采场支护设计，确保工作面 离g③支架或支柱可缩性不强，难以 与护“并重，一是采用支护强度能够平 的安全开采。因 适应岩层的下沉;③工作面支柱数量 衡工作空问及采空区上方类拱结构的失 不足，支柱的支承力难以平衡支柱上 稳、条件，采用的支柱初撑力应能平衡直 参考文献 方垮落带岩石的重量。 接顶的岩重，并采用塑料网护顶，保持[1]魏锦平，靳钟铭等.坚硬顶板控 6矿压观测工作开展不到位。 直接顶的完整性。制的数位模拟[J].岩石力学与工程学报， 7冲击地压影响。采场周围的围 ②拱梁式结构顶板的控制a2002,21 增刊 岩一般受到上覆岩层的自重应力、煤 该种结构顶板的控制原则主要是[2]张良，陈德帅.坚硬顶板基本顶 柱引起的支承压力、坚硬顶板断裂失 “支“。也就是说，确定的支护强度首先极限垮距的预测和实践[J]中州煤炭， 稳产生的巨大冲击力，也就是说前面 支住直接顶的岩重，尽量减少直接顶与2000 ,6 8-9 两种应力的藕合叠加形成高应力场， 基本顶之间的离层，并能平衡工作空间 [3]由华，张殿振深井难采煤层上 在该高应力场中，一且坚硬顶板断裂 政采空区上方拱梁式结构的失稳条件。行开采的数位模拟[J].矿山压力与顶板 失稳，所产生的巨大的瞬间冲击力将 ③梁式结构顶板的控制管理，2003，456-59 诱发采场中的能量释放，而产生冲击 这种结构的顶板控制原则主要是[4]高存宝，钱鸣高.大面积剥离顶 地压。如果回采工作面还存在断层或“支与让“支柱的可结量应能适应梁式板的控制[J].中国矿业大学学报，1989， 构造等的附加应力，冲击地压的发生结构和梁←一拱梁式结构并存条件下的 8 2 24-28 的几率将会增大，而且强度也更加剧基本顶的断裂下沉。直接顶较完整坚硬工作单位 烈。冲击地压在深部矿井尤其坚硬顶时应采取强制放顶方居处理顶板，减少湖南省湘漳市安全生产监督管理局 SC I ENCE AND MANAGEMENT