煤矿采掘工作面顶板灾害防治的研究与探索.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 26 日 作者简介：李长国（1984），男，汉族，河南许昌人，本科学历，副总工程师，研究方向为煤矿开采。-69-煤矿采掘工作面顶板灾害防治的研究与探索 李长国 平顶山市瑞平煤电有限公司庇山矿，河南 汝州 467500 摘要：摘要：煤矿顶板事故是煤矿主要灾害之一，它的发生率占煤矿总事故的百分之六十以上。它是井下职工在生产作业过程中，由于出现顶板意外失控（冒落）而导致的人员伤亡、环境的破坏、生产停止等的事故。因此，加强煤矿顶板灾害防治是煤矿企业重要的安全管理工作之一。本文围绕采煤工作面顶板的灾害防治、掘进工作面顶板的灾害防治及安全管理进行研究与探索，渴望寻求一条预防顶板的灾害、防治顶板事故发生的科学之路，为煤矿实现安全生产、高质量发展提供参考。关键词：关键词：煤矿；采掘工作面；顶板灾害防治；研究与探索 中图分类号：中图分类号：TD327 1 采煤工作面顶板事故预防分析 顶板事故按照冒落范围和力学原理可分为两大类。按照冒落范围可分为小面积冒顶事故和大面积冒顶事故。按照力学原理可分为顶板来压造成的冒顶事故、顶板破碎漏矸造成的冒顶事故和侧向来压造成的冒顶事故。小面积冒顶事故简介：小面积冒顶在工作面的造成的冒顶面积较小，冒顶长度也不是很长（一般不会超过 8m），伤亡人数不会超过 2 人的冒顶，这类小面积冒顶时时出现在工作面应力比较集中的地段，如工作面煤避周围、工作面机头机尾处和放顶线区域。实际生产作业中，小面积冒顶事故发生的数量要比大面积冒顶事故发生率高，可占采煤工作面冒顶事故发生率的 70%左右，但这类事故一般危害性都很大。从开采次序与煤层顶板事故易发生的地段分析，有时局部地段在靠近工作面煤墙容易发生冒顶事故，采煤工作面两端头的局部地段顶板冒顶，放顶线周围的局部地段顶板冒顶，还有其他地质影响带附近的局部地段顶板冒顶。大面积冒顶事故简介：大面积冒顶在工作面的造成的冒顶面积较大，冒顶长度也很长（一般会超过 8m），伤亡人数会超过 3 人的冒顶，有顶板来压造成的冒顶事故、顶板破碎漏矸造成的冒顶事故和侧向来压造成的冒顶事故等。1.1 小面积冒顶事故情况的预防 采煤工作面生产中，小面积顶板冒顶一般划分为生产过程中发生的小面积冒顶和回收支柱过程中发生的小面积冒顶两类。第一种情况是因为生产中有部分破碎顶板没有完全支护到位，即使支护了，由于支护质量不合格也可能出现冒顶情形；第二种情况是因为液压单体支柱回柱操作有问题、不规范，譬如先回承压支柱，导致邻近破碎地段顶板没有得到及时支护所引起的冒顶。1.1.1 采煤工作面煤壁附近的小面积冒顶情况分析（1）小面积冒顶的原因分析 由于煤层的直接顶常存在很多相交的裂隙，这些裂隙容易使直接顶分离为活动块段，这些活动块段由于原有应力受到外力作用，很易导致冒落，采煤机生产割煤或放炮落煤后，要是支护顶板不及时、不到位，这类活动块段就可能产生瞬间冒落，发生小面积顶板冒顶现象。冒顶的因素大致有如下三种情况：直接顶被活动块段切割，形成了活动块段碎石，容易发生冒顶。煤层较高时，在老顶来压活动期间，工作面煤墙发生片帮，增加了空顶面积，容易发生冒顶。放顶煤生产时，由于上部煤较破碎，容易发生冒顶。（2）采煤工作面预防靠近煤墙附近小面积冒顶的防范措施 在工作面支护设备设计方面，采取伸缩前探梁及护煤挡板，增大液压支架向煤墙方向产生的水平推动力，提高液压支架的初始支撑力1。在采煤机割煤作业时，要严格按照作业规程要中国科技期刊数据库 工业 A-70-求及时推溜、移架，特别是顶板比较破碎的地段要采用擦顶带压移架方式及时支护暴露的顶板。当工作面遇到大范围顶板破碎带时，要采用高分子化学材料及时充填支护顶板使破碎段凝固的安全技术措施。1.1.2 采煤工作面两端头的小面积冒顶情况分析（1）工作面两端头的小面积冒顶的原因分析 在采煤工作面两端头的输送机头、输送机尾处出现的顶板空间较大，容易发生冒顶。如果巷道提前施工掘进，巷道附近围岩有可能出现变形与变化，容易发生冒顶。经过集中支承压力的作用，部分顶板受到影响，容易发生冒顶。（2）工作面两端头的小面积冒顶的预防措施分析 为预防采煤工作面上下拐头处发生小面积冒顶情形，必须在工作面上下安全出口处分别打设特殊支护棚或使用特殊端头液压支架进行支护，特殊支护棚随输送机头、输送机尾的推移逐步向前移设；在工作面上下安全出口处，如果顶板压力大，还可采取强化顶板支护的措施，避免顶板事故发生。强化工作面超前段支护管理，在超前支护 20m 的区段内靠近工作面 10m范围内，超前支护的抬棚需要打设双中心支柱2。1.2 工作面大面积冒顶事故的预防分析 1.2.1 采动后基本顶显象时的顶板来压造成的冒顶事故情况分析（1）冒顶事故的成因 工作面采动后，采空区顶板缓慢下沉，当垮落的顶板压向液压支架时，可导致液压支架压坏、受损，此时液压支架支护效果变差，容易导致冒顶。工作面液压支架初始支撑力达不到作业规程规定时，顶板来压比较大的情况下，顶板就会持续下沉，使液压支架不断受力；顶板的压力持续压向工作面液压支架，由于液压支架初始支撑力达不到作业规程规定的数值，但是还要担负顶板下压的载荷，液压支架容易被破坏，容易发生冒顶情形。综采工作面要是遇到基本顶板下压时，会导致液压支架压住、受损（立柱油缸破坏、平衡千斤顶压坏等）或压进煤层底板中，容易发生冒顶。（2）预防措施分析 强化工作面液压支架初始支撑力管理，使其初始支撑力能够达到作业规程要求，并且液压支架的初撑力必须能抵消顶板来压所造成的顶板下压的载荷。严格控制工作面液压支架的初撑力能够维护直接顶与基本顶之间的稳定，保证他们不离层。还要保证液压支架的伸缩梁的伸缩量完全能够使顶板分离区域的顶板不再下沉的基本要求。采煤工作面过断层时，要是断层与工作面平行的话，倘若工作面用液压单体支柱支护，当断层出现时，此时应在断层暴露的范围内及时加强顶板支护，回撤液压单体支柱时严禁采用正常的回柱方式，应增加顶板的控顶距离，待到断层逐步到达采空区后再进行正常回柱作业；要是采用液压支架支护顶板时，当液压支架的伸缩梁有足够大的伸缩量时，应当及时伸出伸缩梁，实现工作面正常生产作业，当液压支架的伸缩梁没有足够大的伸缩量时，此时应把工作面布置成与断层斜交，布置成伪斜开采模式3。1.2.2 工作面大面积漏垮型顶板冒顶分析（1）冒顶的成因分析 当工作面煤层倾斜角度很大时，此时顶板又不完整或很破碎，就会导致不完整或很破碎的顶板从若某个方位点或区域失去作用而出现顶板零星冒落，此时松动的煤层顶板就会从若某个方位点或区域开始沿着工作面往上大面积冒落，导致液压支架失去支撑作用，工作面进而会出现顶板破碎漏矸造成大面积的冒顶情形。（2）预防措施分析 严格按照作业规程正确选用合格的液压单体支柱或液压支架进行科学支护，工作面顶板支护设备要有充足的初撑力与伸缩量。强化工作面顶板管理，支护顶板架棚时必须将棚子背严背实。爆破、移动刮板输送机等作业时，严禁碰歪碰斜液压支架。2 掘进工作面顶板灾害预防分析 2.1 掘进工作面冒顶事故的预防分析 2.2.1 冒顶的原因 （1）掘进工作面施工时，经过开凿岩石后，巷道围岩原有应力遭到破坏，岩石应力失去原有平衡，就会出现很多失稳的岩石，如果不加强顶板支护，失稳的岩石就会冒落。4。中国科技期刊数据库 工业 A-71-（2）掘进工作面失稳的岩石如果支护不及时或支护不到位，支护设备、施设不起作用，失稳的岩石就会冒落。2.2.2 预防措施分析（1）依据掘进工作面顶板性质，做好空顶距的控制。若掘进工作面碰到地质构造破坏带情况下，用架棚支护时应靠近工作面，要缩小棚子的距离，工作面周围要采取辅助拉杆等将棚子合为一整体，防止棚子被外力推垮，需要时还要打中心柱子；锚杆支护情况下，要采取专门安全技术措施。（2）工作面必须严格执行“敲帮问顶”制度，作业前必须使用专用长柄工具，把危岩、活石处理掉，难处理的危岩、活石应采用临时支护的安全措施，确认无隐患现场、无隐患环境的条件下方可开工，不准违章空顶作业。（3）强化工作面冒顶地段和不稳定区域的顶板管理，架棚支护要背严接实，顶板极为破碎时要铺设金属网护住，防止出现漏矸。2.2 巷道交叉口地点冒顶事故的预防分析 2.2.1 冒顶的成因分析 巷道交叉口处是顶板事故多发地段，因此处处于应力集中区，顶板处于不稳定状态，所以，交叉口处要架设不同类型的棚子来支护顶板，同时也要经常更换棚子，当需更换棚子时，若交叉口处巷道顶部有与顶板失去稳固的岩石，当岩石受到巷道正向压来时，此时新支设抬棚子的强度不够或支撑力不能满足要求，就会发生顶板事故5。巷道交叉口处顶板事故主要有以下两种情形：（1）抬棚子架设一定时段后才能进入支护稳定期，不能过早拆除原巷道棚腿子，否则，容易导致抬棚子失稳，容易发生冒顶。（2）巷道开岔口处周围岩石尖角若被压破碎，抬棚子腿就会失去依靠，还会失去稳定。要保证抬棚子的支撑强度，应该选取的支护材料与其强度相适应的组合体，否则容易发生冒顶。2.2.2 预防措施分析（1）施工巷道开岔口工程时，要选择顶板稳定的地点开凿，一定要避开顶板不稳定或受到破坏的地段，提高开岔口顶板的稳固质量，以免出现冒顶隐患。（2）拆除或更换旧棚腿时，一定要在新支设抬棚支护稳固后方可进行，施工时决不能先拆除旧棚腿而后更换支设新棚子。2.3 支架支护巷道冒顶事故的预防分析 2.3.1 冒顶的成因分析 （1）顶板来压造成的冒顶是由于巷道顶板或周围岩块传递给棚子的压力过于强大，压力损坏（或压坏）了棚子，进而会使巷道顶部已分离的岩块脱落，容易发生冒顶情形。（2）顶板破碎漏矸造成的冒顶是由于巷道无支护设备、施设或者支护设备、施设失去作用，巷道上部存有破碎的岩石，这些破碎的岩石在顶板重力作用下脱落，容易发生冒顶情形。（3）侧向来压造成的冒顶是由于巷道侧向来压使岩块在侧向力的作用下，打破原有的平行巷道轴线的分解力，假若这部分巷道支护设备、施设的稳固性不符合规定，支护设备、施设就会被推倒而发生冒顶情形6。3 预防顶板事故的安全管理要求分析 3.1 采煤工作面预防冒顶的安全管理基本要求分析（1）工作面液压支架支护方式要与顶板岩石的性质相对照应。若是较坚硬的顶板要采用打点柱支护，要是松软不完整的顶板要采用架棚子和背板支护。（2）放炮时要有专项措施防止顶板事故发生。依据顶板情况合理选择炮眼角度、炮眼的布置、装设药量，严禁放炮崩倒棚子，避免造成较大的顶板暴露面积和顶板控制的距离，以避免冒顶事故发生。（3）工作面割煤后要抓紧支护到位。刮板输送机弯曲地段内不好打设支护支柱，导致顶板面积悬露较大，此时，要采取超前伸伸缩梁或其他支护的方式，防止刮板输送机弯曲地段顶板冒落。（4）生产过程中推移刮板输送机时，对破碎顶板要强化支护，采取专项措施及时支护顶板，以避免冒顶事故发生。（5）工作面两端头及安全出口段要用特殊的端头液压支架（或端头特殊支护棚子）支护顶板方式，加强此处的顶板管理，以避免冒顶事故发生。4 结束语 加强采掘工作面顶板灾害防治，有助于提升矿井中国科技期刊数据库 工业 A-72-安全生产管理水平，为作业人员创造安全的工作环境，为煤矿企业树立良好的外部形象。研究采掘工作面各类顶板事故的起因与预兆，探索制定针对不同顶板事故防治的相应措施，从顶板灾害的源头和基础管理加以论述，寻求一条预防顶板灾害、防治顶板事故发生的可行之路，为煤矿实现安全生产、高质量发展提供安全可靠的保障。参考文献 1国家煤矿安全监察局.煤矿安全生产标准化管理体系基本要求及评分方法.北京:应急管理出版社,2020:79-90.2国家应急管理部,国家矿山安全监察局.煤矿安全规程M.北京:应急管理出版社,2022:48-79.3李强.煤矿采煤掘进工作面高强度支护技术的应用研究J.能源与节能,2021(12):203-204.4汪佑武.煤矿开采方法M.北京:煤炭工业出版社,2012:155-158.5苏传洋,王宏,徐刚.煤矿采煤掘进工作中高强支护技术的应用分析J.价值工程,2020,39(8):115-116.6姚正伟.煤矿采煤掘进工作中高强支护技术应用分析J.科学技术创新,2020(13):192-193.105-106.