现代煤矿回采工作面矿压及顶板管理分析.pdf

Ｓ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｎ ｏ ． ６ ０ ２ Ｊ ｕ ｎ ｅ ． ２ ０ １ ９ 现 代 矿 业 Ｍ Ｏ Ｄ Ｅ Ｒ ＮＭ Ｉ Ｎ Ｉ Ｎ Ｇ 总 第６ ０ ２ 期 ２ ０ １ ９ 年 ６月第 ６期 张 功（ １ ９ ８ ９ ） ， 男， 工程师， ０ ３ ７ ０ ０ ３山西省大同市。 现代煤矿回采工作面矿压及顶板管理分析 张 功 （ 大同煤矿集团有限责任公司安全管理监察局） 摘 要 煤矿井下开采是我国煤炭资源回收的主要方式， 顶板控制是回采工艺中最为重要环 节之一， 顶板管理质量的好坏直接决定采煤工作面的生产效率。顶板事故在煤矿事故中占首位， 为 了减少顶板事故的发生概率， 维护一线生产人员安全， 从采煤掌子面顶板性质和分类入手， 分析顶 板压力分布规律， 总结煤矿回采掌子面顶板管理存在的问题和成因， 并针对当前顶板管理现状提出 改进措施， 对提高采煤掌子面顶板管理质量， 减少事故， 保证安全， 提高生产效率有一定的借鉴意 义。 关键词 煤矿回采工作面 矿压 顶板管理 策略 Ｄ Ｏ Ｉ １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ４  ６ ０ ８ ２ ． ２ ０ １ ９ ． ０ ６ ． ０ ８ ３ 采矿过程中， 既要注意矿压的问题， 又要重视顶 板的管理［ １ ］。一旦矿压不稳定， 就会带来非常不利 的影响， 使采煤工作不能正常进行。采煤掌子面的 顶板管理是煤矿开采的重要工作， 对煤矿开采的安 全产生了很大影响。因此， 为了保障煤矿的开采安 全， 就必须进一步加强对采煤工作面的顶板管理工 作， 提高现场生产人员的责任感和安全意识， 主动采 取有效的措施， 减少煤矿开采可能出现的安全事故， 为煤矿产业提供安全的发展环境， 提高煤矿产业发 展的实力。 １ 矿山压力存在的危害性 在地下深处的岩层未被开采前， 都受着自重的 作用， 并且这种自重应力的作用还使岩层内部存在 一定的应力， 一般被称为绝对应力。在掌子面没有 开采前， 应力大多处于平衡的状态， 一旦煤矿进行生 产作业， 使矿体发生变化之后， 就不断地破坏了岩体 内部本身存在的应力分布， 使岩体应力失去了平衡， 最终导致矿体内部应力发生改变， 岩石应力转移。 重新分布的围岩应力超过了巷道岩石本身的极限强 度， 就会对周围的矿体产生一定程度上的变形破坏， 直到巷道围岩应力得到释放并平衡。 在对煤炭资源开采的过程中， 回采掌子面和巷 道周围， 必定形成一个与绝对应力不同的新的应力 分布， 也正是因为这些活动的发生， 使煤矿引发新的 力的作用， 这就是矿山压力。作业空间矿山压力的 释放， 呈现出众多力学现象， 例如 岩层错位、 巷道变 形底鼓、 顶板移动或者冒落、 支架变形失效等现象。 矿山压力的重新分布会给回采掌子面的安全产 生一系列的影响， 轻则煤矿回采工作面坍塌， 重则工 作人员发生生命危险［ ２ ］。这些现象的产生， 造成煤 矿开采不能顺利进行， 严重降低了开采效率， 增长了 施工期限， 使整个煤矿开采的经济效益以及社会效 益都大幅度下降。 ２ 煤矿回采掌子面顶板分类概述 地层成岩条件的不同， 导致煤矿体有着多变的 岩层结构， 通过煤层顶板岩层的相对位置， 结合煤矿 的地质分析， 将顶板划分为以下类型。 （ １ ） 伪顶。直接位于煤层上部， 厚度不大， 松软 易坍塌。掌子面进行落煤， 伪顶就会一起垮落。伪 顶一般都由灰质页岩组成， 厚度小于 ０ ． ５ｍ 。 （ ２ ） 直接顶。直接顶位于伪顶或直接位于煤层 之上， 由一层或数层岩层组成。直接顶由页岩、 泥质 页岩或砂质页岩构成。实践表明， 煤矿掌子面支架 撤回后， 直接顶就会掉落。极少情况下， 直接顶由不 容易坍塌的岩层组成。 （ ３ ） 老顶。位于直接顶的上部， 跟直接顶又存 在一定的距离， 厚度大， 普氏系数大。老顶霍秀直接 位于煤层上部， 由砂岩、 砂砾岩等组成。老顶在空旷 区域上部裸露面积大， 不会随着直接顶一同坍塌。 从顶板管理考虑， 将大致顶板分为 ５种 第一种 是极易变形、 垮落、 坍塌的松软岩层， 直接顶就满足 这一类， 是非常容易掉落的岩石层； 第二种是中等比 较容易坍塌的顶板； 第三种是难垮落、 坚硬岩层， 老 顶就是这种情况， 特殊情况下直接位于煤层之上， 不 ２６２ 会随着回柱而离层掉落； 第四种是极难坍塌的坚硬 质密顶板； 第五种是塑性弯曲的顶板。 ３ 回采掌子面顶板管理存在问题及原因综 述 ３ ． １ 回采掌子面顶板管理问题分类 顶板管理是煤矿生产的重要环节， 回采掌子面 矿压显现规律、 岩层控制是煤矿安全生产不得不解 决的问题。现阶段， 煤矿回采掌子面矿压控制、 顶板 管理存在的突出问题包括以下 ３个方面。 （ １ ） 顶板管理工作表面化［ ３ ］。以山西省煤企为 例， 煤矿采用的是适合该煤矿条件的支护设备。不 管是在巷道还是开采工作面上， 都需要达到相应的 标准和要求， 才能使煤矿开采工作正常运行。但是， 在整个开采过程中， 还存在着顶板管理工作不到位 的现象， 相对而言， 其主要的管理模式比较落后， 才 会导致安全事故频频发生。 （ ２ ） 支护的稳定性不足。煤层的开采离不开支 护， 支护的稳定性很大程度上影响着煤层顶板的管 理工作。如果支护存在不稳定以及支护不到位等现 象， 就会使顶板出现裂缝， 从而影响煤矿的开采工作 的进行， 引发安全生产事故。 （ ３ ） 支柱额定工作阻力不符合要求。一般来 说， 如果支架不具有足够的支撑能力， 就不能使煤矿 开采达到理想结果。顶板的压力越大， 支柱的抗压 强度就越大， 只有这样支柱才能充分发挥性能， 否则 产生严重的阻碍后果。 ３ ． ２ 回采掌子面顶板管理问题原因分析 采煤工作面顶板故发生的原因主要属于客观原 因， 没有进行深刻的认知地质构造以及防范安全隐 患， 当然， 也有主观原因， 例如 思想上没有重视， 制 度上没有完善， 工作中失误导致［ ４ ］。因此， 将采煤 掌子面顶板事故原因分为主、 客观两个方面。 （ １ ） 导致采煤掌子面顶板事故的主观原因。煤 矿的地质本身就比较复杂， 而且相关的技术水平也 不能确切的保证低下构造以及相关地质存在的隐 患。生产中也很容易出现不可预测的灾害， 例如 洪 水、 山体滑坡等， 而且开采的过程中， 容易触动到脆 弱的地质， 例如 断层、 褶皱等， 也进一步加深了采煤 事故发生的几率。除此之外， 在进行采煤工作是没 有进行深刻的认知地质构造， 没有采取科学合理的 以及有针对性的防患措施， 加大了安全隐患的发生。 （ ２ ） 采煤掌子面顶板事故的客观原因。在生产 时， 要进行严格的监管， 保证施工的质量。很多煤矿 开采的企业， 监管力度都不到位， 没有建立健全相关 的监管机制， 使领导者的监管执行力大大下降， 由于 工作现场监管不到位， 造成了煤矿开采的质量不合 格， 引发严重的安全事故。除此之外， 煤矿工人大部 分都来自农村， 文化水平较低， 相关的业务技能也不 够高， 加大了工作中失误的几率。并且， 由于煤矿工 人综合素养较低， 相关的工作人员素质也不够高， 容 易出现违规违章的现象， 也严重影响安全事故的发 生。 ４ 煤矿回采掌子面矿压、 顶板管理策略分析 （ １ ） 煤矿顶板在线监测［ ５ ］。煤矿开采力度的增 加， 煤矿生产的重视程度越来越大。为了减少煤矿 安全事故的发生以及降低开采工作人员监测不及时 的问题， 逐渐创新开发了一种新型的煤矿顶板在线 监测技术， 从而形成一个完善的动态监测系统。该 系统在煤矿开采的过程中， 能够及时的反应顶板压 力、 顶板位移、 应力监测数据等， 在最大程度上减少 隐患， 提高开采质量和效率。 （ ２ ） 类拱式顶板的管理控制。加强回采掌子面 顶板、 矿压管理， 从类拱式顶板的控制入手， 其管理 的主要原则为支、 护并重。该控制方法在一定程度 上平衡了开采工作空间以及采空区的失稳条件。 （ ３ ） 拱梁式顶板管理控制。这种顶板控制主要 采用支的原则， 即采用支护能力可以支撑直接顶全 部重量的支架， 减少老顶和直接顶的离层距离、 变 形， 并满足平衡采空区的作用。 ５ 结 语 开采的过程中， 开采人员的安全与开采掌子面 矿压、 顶板管理有直接联系。一旦矿压不稳定或者 顶板管理工作存在不足， 都会对工作人员造成严重 的安全威胁， 同时， 也会影响整个施工质量和效益。 在开采过程中， 必须要完善技术和制度要求， 保障回 采掌子面矿压的稳定， 为顶板管理提供技术、 制度保 障。制定详细的管理制度， 严控管理力度， 提高生产 管理能力和支护技术水平， 杜绝顶板事故的发生以 及矿压显现带来的危险， 为煤矿企业的发展铺平道 路， 促进市场经济的发展。 参 考 文 献 ［ １ ］ 丁国强． 浅析煤矿井下采矿顶板管理的要点［ Ｊ ］ ． 能源与节能， ２ ０ １ ７ （ ９ ） ５ ２  ５ ３ ． ［ ２ ］ 尹滨波． 大倾角综采顶板管理技术［ Ｊ ］ ． 知识经济， ２ ０ １ ６ （ ２ ） ６ ５ ． ［ ３ ］ 张照宇， 职永凯， 孙钦坤， 等． 大倾角综采工作面顶板管理技术 的优化与应用［ Ｊ ］ ． 科技展望， ２ ０ １ ６ ， ２ ６ （ ６ ） ２ １ ２ ． ［ ４ ］ 李 凯． 大倾角综采工作面顶板管理技术的优化与应用［ Ｊ ］ ． 中国高新技术企业， ２ ０ １ ５ （ １ ） ４ ０  ４ １ ． ［ ５ ］ 司坤善． 加强采煤顶板管理技术分析［ Ｊ ］ ． 电子制作， ２ ０ １ ２ （ １ ０ ） １ ８ ２ ． （ 收稿日期 ２ ０ １ ９  ０ ４  １ ７ 责任编辑 徐志宏） ３６２ 张 功 现代煤矿回采工作面矿压及顶板管理分析 ２ ０ １ ９年 ６月第 ６期