煤矿采掘工作面顶板管理问题及处理方法_曹冬.pdf

2 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月随着科技和社会的发展，煤炭开采的效益逐渐提升，安全问题成为人们关注的重点之一。在煤矿采掘过程中，一些客观因素使得煤矿存在安全隐患，对煤矿的安全生产造成一定的影响。在煤矿掘进中最应该注意的问题之一就是顶板问题，据统计，5 0%以上的安全事故诱因是煤矿的顶板问题，因此，顶板管理是整个施工中的重点，一旦发生顶板事故，不仅会制约煤矿掘进持续性的提升，导致效益降低，还会对施工人员的生命安全造成威胁，不利于煤矿企业的健康、绿色发展。所以，在开采中需要制定管理制度与技术方案，尽可能地避免顶板事故发生，为煤矿企业可持续发展奠定良好的基础。1煤矿顶板岩层的分类煤矿企业在进行工作面采掘时，通过支护技术控制工作面围岩破坏和变形情况的发生，充分了解顶板岩层有利于掘进的顺利进行。通常情况下，根据煤层与顶板岩层的主要位置和特征，可以将顶板岩层分为以下三种。a)伪顶岩层，属于煤层上方的岩层，比较薄，其厚度一般不超过0.5m，容易受到外部的影响导致落煤时发生坍塌。b)直接顶岩层，主要成分是泥质和砂质页岩，位于伪顶岩层或者煤层之上，相较于伪顶岩层而言，具有更好的稳定性，通常不会垮落，但会随着工作面作业完成后支架撤回而发生坍塌。c)老顶岩层，主要由砂砾岩、石灰岩和砂岩组成，位于直接顶岩层上方，其硬度和厚度较大，不易发生垮落现象1。除了上述三种类型以外，顶板岩层还可分为坚硬顶板、松软顶板以及中等垮落顶板等。按照类别对顶板岩层进行分类管理，有利于增强顶板管理的安全性。煤矿顶板岩层与煤层结构分布如图1所示。2煤矿采掘中的顶板管理问题研究2.1工作面的地质条件差煤炭资源的开采是通过开采地下岩层实现的，因此，在开采中会受到地质构造的影响。煤矿采掘的过程中，顶板岩层较厚，顶板承受的压力增加，致使顶板变收稿日期：2022-10-10作者简介：曹冬，1990年生，男，山西古县人，助理工程师，主要从事煤矿掘进方面的工作。煤矿采掘工作面顶板管理问题及处理方法曹冬（霍州煤电汾源煤业有限公司，山西 静乐0 3 5 1 0 0）摘要：煤矿采掘过程中，工作面顶板安全管理极其重要，若处理不得当，可能会导致煤矿存在很大的安全隐患，致使煤矿发生顶板安全事故，造成人员伤亡以及巨大的经济损失。主要研究了采掘工作面顶板管理存在的多方面问题。应结合实际情况采用相应的处理方法，加强工作面顶板管理，以提高煤矿采掘工作的安全性，促使煤矿企业健康发展，并在很大程度上提高企业的经济效益。关键词：煤矿；采掘工作面；顶板管理；处理方法中图分类号：T D 3 2 7.2文献标志码：A文章编号：2 0 9 5-0 8 0 2-(2 0 2 3)0 3-0 2 0 3-0 3Management Problems and Treatment Methods of Mining and Excavating Face Roof inCoal MinesCAO Dong(Fenyuan Coal Industry Co.,Ltd.,Huozhou Coal Electricity Group,Jingle 035100,Shanxi,China)Abstract:In the process of coal mining,the safety management of the roof of the working face is extremely important.If it is nothandled properly,it may lead to great safety risks in the coal mine,resulting in roof safety accidents in the coal mine,causingcasualties and huge economic losses.This paper mainly studied the various problems existing in the management of the roof of themining and excavating face.The corresponding treatment methods should be adopted according to the actual situation tostrengthen the management of the roof of the mining and excavating face,in order to improve the safety of the mining andexcavating work,promote the healthy development of coal mine enterprises,and improve the economic benefits of enterprises to alarge extent.Key words:coal mine;mining and excavating face;roof management;treatment method（总第2 1 0期）实践运用2 0 3 DOI:10.16643/ki.14-1360/td.2023.03.0152 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月形。除此之外，工作面顶板可能会出现断裂的现象，存在较多的相互作用力，容易形成复杂的应力，在这种力的作用下，采掘工作面会出现很多游离岩块2，进而影响工作面的稳定性，对煤矿开采的安全造成威胁，甚至会使整个工作面分裂瓦解。1.老顶（基本顶）；2.直接顶；3.伪顶；4.煤层。图 1 煤矿顶板岩层与煤层结构分布图2.2出现冒顶问题2.2.1采煤工作面煤壁冒顶问题在煤矿采掘过程中，煤层的顶部岩层存在原生性裂缝，开采过程中岩层结构会受到震动的影响，从而使受到的压力发生改变，久而久之煤矿岩层的缝隙增加，若支护结构稳定性未能达到安全标准，容易导致工作面因无法承受压力而出现倒塌问题，造成煤壁发生冒顶事故2。因此，煤矿企业需要采用科学合理的支护方法，动态监测顶板的压力。图2所示为工作面冒顶支护示意图。图 2 工作面冒顶支护示意图2.2.2采煤工作面放顶线冒顶问题在煤矿开采过程中，需要控制采掘速度，因为顶板下沉速度与采掘速度呈正相关3，若煤矿企业一味地追求采掘工作进度，加快采掘速度，可能会导致工作面顶板下沉，出现较多且体积较大的游离岩块，不仅会影响开采的进度和难易程度，还会影响工作面的稳定性，使放顶线周围出现坍塌情况，引发一系列安全事故。2.2.3采煤工作面两端头冒顶问题在采掘的过程中，采掘机械设备头部或尾部位置经常移动，导致该处的支护设备反复移动，顶板反复支撑。在开采中主要压力会发生叠加，使得工作面的两端压力集中在顶板上，对顶板产生不利影响4。同时，如果工作面所连接巷道支护体的支撑力未能满足施工要求，则该处可能会发生冒顶问题。预防采煤工作面两端头冒顶是顶板管理的重点。图3所示为工作面端头冒顶区域示意图。图 3 工作面端头冒顶区域示意图2.2.4巷道连接处冒顶问题煤矿采掘时需要开采煤层巷道，通常情况下，顶部与岩块的连接处于断开状态，若支护工作不到位，岩层容易发生塌陷，因此，需要预先采取支护措施，防止在掘进中顶板坍塌发生冒顶事故。此外，若煤矿采掘作业人员的施工技术和施工方法不得当，同样会出现冒顶事故，甚至会无法保障施工人员的安全，给煤矿企业带来巨大的经济损失。2.3顶板碎裂问题与煤层交界处的地层会出现软化现象，为了避免持续软化，煤矿企业往往会采用泥质材料进行填充，以保障岩层的稳定性。但是在实际的施工中，对煤层进行爆破时，会对岩层的形状和结构产生一定的影响，增大顶板所承受的压力，如果这种承受力超过顶板的承载力，会造成顶板碎裂3，发生煤层坍塌事故，从而严重影响煤矿采煤的速度和效益。3采掘工作面顶板管理问题的处理方法3.1加强局部厚煤层顶板安全管理厚煤层占据煤矿储量的绝大部分，在进行煤矿开采的过程中，需要加强对局部厚煤层顶板的支护。随着对煤炭需求量的增加，煤矿的掘进深度不断加大，从而导致煤层之间的压力增大，严重时会发生断层现象，而煤岩的分离会降低煤层的承载力，进一步影响顶板的稳定性。因此，在掘进的过程中需要增强煤层的支撑能力，增强对局部厚煤层的支护作用，从而有利于减少冒顶事故的发生。加固主要是对煤层进行回采支护，具体包括以下两种方法：a)构造带两侧支护方法。这种方法不仅具有良好的稳定性，还具有较广的控制范围，便于施工人员实际操作，更有利于完善1234破碎顶板金属网顶梁支架工字钢底座煤壁顶板底板底煤5 m2 0 4 2 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月支架构造，提升煤层的稳定性。b)木垛支护方法。相较于第一种方法，该方法具有更大的支护面积，便于工作人员进行操作，不易受到高度及外部因素的影响5-6。在采掘过程中，如果要提升开采高度，则可以采用这种方法增强稳定性，减少支柱位移。在采掘中需要结合实际情况选择合适的支护方法，重视并做好顶板和煤层位置的超前加固。图4为工作面顶板和煤层位置的超前加固示意图。图 4 工作面顶板和煤层位置的超前加固示意图3.2加强工作面稳定煤层的顶板安全管理在煤矿采掘中，所有操作都要符合国家标准和行业标准要求，尤其要加强工作面稳定煤层的顶板安全防护工作。在实际操作中，需要关注支护的支架类型，支架的选择需要满足实际要求，保证顶底板结合的有效性、结实性和安全性，防止因支护不牢靠而导致坍塌。在炮采作业中，需要提前做好充分准备，按照要求对作业位置周围1 0 2 0m 范围进行检查6，以保障操作安全进行，如遇支护质量问题，则及时与相关工作人员进行沟通并解决。爆破结束后立刻进行支护，避免空顶作业带来风险。整个过程中需要经验较为丰富的施工人员进行操作，确保生产工作顺利推进。3.3加强采掘工作面巷道顶板管理采掘对巷道管理具有关键作用，需要运用高新技术对巷道进行支护，例如大跨度的锚索支护和叠加支护，此类支护技术主要用于大型设备和工作面的回撤工作中，为回撤和安装打好基础，以弥补锚杆支护的不足。根据巷道顶板位置的特殊性，可推广光爆锚杆支护技术，该技术适用于巷道掘进的施工阶段。与此同时，需要根据巷道岩层的软硬程度决定锚杆的长度，如果顶板为软岩，在距离掘进头3 0m 处会有0.8m 左右的岩石松动，遇到类似泥页岩时，提前预留1.6m 左右的松动范围；如果是硬岩，自身较稳定，在支护和安装中不需要松动。无论是软岩，还是硬岩，都需要确保锚杆的锚固力在2 0 5 0k N 范围内5-7，从而保障应用效果。3.4采用先进的采掘机械设备及技术对于煤矿企业而言，引入先进的机械设备、更新施工技术是必不可少的一部分，合理科学地使用相关设备与技术，有利于提高顶板管理的质量与水平。例如煤矿企业可以引入全金属支柱，不再使用木支护技术，同时在信息时代，引入计算机网络设备和通信设备，确保人员之间可以实时交流和沟通8，这样不仅有利于领导的监督和管理，还有利于加强团队合作，找出存在的问题并及时处理。因此，积极地投入资金引入先进的设备和技术，可以有效提高煤矿的经济效益、安全性和质量，也可以更好地完善煤矿的管理体系，促进采掘工作顺利进行。3.5提高技术人员的能力技术人员的能力直接影响着操作效果，因此，有效地提高技术人员的实践能力有利于降低风险。建立健全的管理体系和制度，通过大量的培训等工作培养实用型人才，增强员工的职业素养和认知，提升操作安全性与操作质量，对人员进行专业的技术培训，使其操作能力进一步提高。煤矿企业需要弘扬安全生产的企业文化，使员工处于良好的氛围下工作，关注员工的身心健康，增强员工的凝聚力，从而有效地促进煤矿企业绿色、安全发展。4结语在煤矿采掘过程中，顶板管理工作是安全生产中的重点，采取有效的技术措施，可以改善工作面顶板问题，降低采掘过程中的隐患风险，以保障作业人员的人身安全。煤矿企业应建立健全的顶板管理机制，并不断优化，提升采掘工作面顶板管理质量，做好管理工作和监督工作，实现煤矿采掘