坚硬顶板的管理

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【摘 要】坚硬难冒落顶板管理起来比较困难.本文以某矿在工程实践中的经验为例,对坚硬顶板的管理进行了探讨,对于坚硬顶板的管理具有一定的参考意义.

【关 键 词 】顶板管理；坚硬顶板；人工强制放顶

0 前言

煤矿属于高危行业,在回采工作面推进过程中,经常有突然涌水、火灾、瓦斯、煤尘爆炸和大面积冒顶等灾害的侵扰.其中,顶板事故则是影响工作面生产的一大隐患.在我国煤矿回采工作面的各类事故中,顶板事故约占全部事故的50%以上；而顶板事故中发生在坚硬、难放顶板的顶板事故又占全部顶板事故的40%以上；而且最坚硬、难放顶板冒落时,经常发生压垮、推垮工作面的重大生产事故,故坚硬、难放顶板管理历来作为回采工作面顶板管理重点.某煤矿在坚硬、难放顶板的管理方面,摸索出一条可行的途径,取得了较好的效果,实现了安全放顶,现仅以该煤矿59#煤层为例进行分析.

1.工作面概况

该矿59#煤层厚1.3～1.8m,平均1.45m,煤层顶板直接顶为厚17～27m的灰白色粗砂岩,f等于6～8,抗压强度为240～340kg/cm2,块状结构,整体性好,初次来压步距大,周期来压明显.经过顶板分类测定为二级老顶（老顶来压明显）直接顶来压为三类（稳定顶板）.底板灰色粉砂岩,中硬,厚4.3m,底板平整.

2.直接顶能够充分垮落的顶板的管理

此类顶板在开采过程中顶板自行垮落,并垮落得较充分；此类工作面可不进行人工放顶,要注意在初放期间的垮、漏顶事故.对此类顶板采取以下措施：

（1）提高支柱的初撑力,泵站压力必须达到18MPa以上,顶梁必须铰接.

（2）从泵站到注液的液压系统要合理,液压系统保证不漏液.

（3）工作面初次放顶采用配备加强柱放顶,在工作面软帮最后两排柱间加打戗柱,同时配合木垛放顶.戗柱倾向间距：0.8～1.6m木垛间（中―中）8～10m.

3.工作面顶板强制放顶

由于采煤工作面整体坚硬,厚顶板难以自行垮落（砂岩、砾岩的其分层厚度通常大于5m）时,它们要悬露几万甚至十几万平方米.这样大面积的顶板在极短时间内冒落下来时,不仅由于重量的作用会产生严重的冲击破坏力,而且更严重的是会把已采空间的空气瞬时挤出,形成巨大的暴风,破坏力极强.因此对于坚硬厚顶板的老顶应采取强制放顶.老顶断裂时的岩块运动模型如图1所示.

图1 老顶断裂成岩块后的转动

坚硬厚顶板断裂时,通常有以下现象：顶板断裂声响的频率和音响增大；煤帮有明显受压与片帮现象；底板出现底鼓或沿煤柱附近的底板发生裂缝；上下平巷超前压力较明显；工作面中支柱载荷和顶板下沉速度明显增大；有时采空区顶板发生裂缝或淋水加大.强制放顶措施主要有爆破强制放顶和顶板高压注水.其中爆破放顶主要有三种方法：打平行于工作面的深孔的强制放顶,钻孔垂直工作面的强制放顶和超前深孔爆破预松顶板的强制放顶.如图2、图3所示.

图2 爆破强制放顶

图3 顶板高压注水

同时,可以用微震仪、地音仪和超声波地层应力仪等进行预测,根据仪器测量的结果,再结合历次冒顶预兆的特征,可以对大面积冒顶进行较准确的预报,避免造成灾害.

4.人工强制放顶实例

在回采59#层左二片时,工作走向推进32m,工作面悬顶达3200m2顶板不冒,采用人工强制放顶的方法进行放顶,效果很好.

（1）工作面情况.工作面长100m,采高1.45m,煤层倾角25～32°；直接顶为厚度19.4m的粗砂岩,f等于11,煤层底板为厚度4.0m的粉砂岩石,顶板抗拉强度g/cm2.工作面支护采用单体配铰接顶梁,排、柱距分别为0.6m和0.8m,支柱采用四、五排管理.工作面采用加强柱放顶.在软帮打设戗柱,同时配合木垛放顶.采用设备：工作面输送机为SGW-150C型,顺槽为SDJ-150皮带输送机.

（2）放顶经过.工作面走向推进20m时顶板未冒,在工作面软帮沿倾向打设戗柱.工作面走向推进25m顶板未冒,工作面开始上木垛,木垛间距10m,工作面沿走向推进32m顶板仍然未冒,工作面开始人工放顶,同时戗柱加密为0.8m远1棵,木垛加密为5m一个,从工作面第1次人工放顶起,以后每隔离5m放顶1次.

（3）放顶效果.放顶后通过采空区观测,放顶效果很好,把顶板切断,爆破后的顶板冒下后形成一道1.4m×1.7m厚的垫层,把采空区未冒顶板和工作面隔开.此工作面走向推进40.5m,采空区顶板全部冒落.冒高达到采高的2倍（2.9m）,采面放顶结束.此时采空区悬顶达2700m2,采面顶板来压时,工作面木垛保持完好,只有两处软帮戗柱扑到,数量3棵,工作面没有形成风暴,且工作面放顶的月份没有因放顶而影响生产.

5.坚硬厚顶板事故的预防及处理

采煤工作面及巷道顶板连续发出断裂声,顶板下沉量突然增加,大量的煤屑和碎石下落卷起尘雾,片帮煤增多,顶梁楔子被弹出,支柱大量插入底板、支柱三用阀溢液、支架扭曲变形等均是顶板事故的征兆.需要制定相应的预防及处理措施.

（1）对于高档普采工作面要加强工作面顶板动态和支柱支护质量监测,特别是对新开面必须坚持盯面观测顶板动态和支柱支护质量.对工作面来压时间及位置及时掌握和预报,挂梁要垂直于煤壁,穿齐穿全小木杆,压肩背实,用锤打紧水平销.如遇顶板掉渣不平,必须用小杆、批板或老料衬平、背实.如遇顶板破碎,必须用板批密排背顶.顶梁要保持平、稳、牢固,所有支柱都须架设牢固、接底足顶、压肩背实、柱距均匀、仰卧一致、迎山有力.在倾斜方向上倾向上方,在走向方向上倾向老塘,一般取3～5°迎山角,煤层倾角变大时,要适当加大迎山角,支柱要支设在顶梁的前七后三位置并卡在顶梁的梁牙上.当煤层倾角大于15°时,柱脚要刨麻面,以防支柱蹬脚.

（2）搞好矿压观测工作,摸清顶板活动规律,科学管理顶板.通过矿压观测掌握每一个工作面的活动规律,然后根据每个采面的实际情况,采取不同的技术措施管理顶板,使顶板管理由经验型向科学型转化.通过矿压观测,实现对工作面顶板的动态监控,实现工作面顶板的超前预测预报,提前加强工作面的支护质量,保证采面安全生产.

（3）工作面过断层、过老巷时,必须制定预防冒顶的安全技术措施,加强顶板支护.采取支趄柱、打切棚或强制放顶等有效措施.采煤工作面必须备有一定数量的足顶大料,以备发生冒顶时急用.当顶板来压迅猛而来不及控制时,应果断地把人员撤至安全地点.

【参考文献】

[1]高木福.坚硬顶板处理步距的数值模拟[J].辽宁工程技术大学学报,2006,25（5）：649-651.

[2]黄晋兵.王台矿井综采工作面处理坚硬顶板技术研究[J].煤炭科学技术,2008,36（9）：4-7.

[责任编辑：杨玉洁]