煤矿采掘工作面顶板管理的问题研究

张军(铜川矿务局照金项目部，陕西 铜川 727000)

0 引言

在煤矿生产经营过程中，安全工作是所有管理工作的基础。通过对煤矿事故的总结和分析发现，顶板事故是煤矿最常见、最容易发生的事故，因此煤矿企业必须将顶板管理作为安全管理工作的重点。在采掘活动中要充分了解引发顶板事故的原因，并制定完善的技术方案和管理制度，防止在采掘活动中发生顶板事故，给从业人员的人身安全以及煤矿企业的财产经济造成重大损失，从而增强煤矿企业在激烈市场竞争中的核心竞争力，为煤矿企业实现可持续发展奠定良好的基础。

1 煤矿采掘工作面顶板问题研究

1.1 采煤工作面煤壁冒顶问题

在采煤作业中，由于煤层直接顶岩层中有原生性裂缝存在，或者岩层结构受采煤振动及压力重新分布的影响，以及支护结构稳定性未能达到安全标准等因素都有可能造成工作面煤壁发生冒顶问题[1]。因此要采取及时合理的支护方式，并对顶板的压力进行动态监测。

1.2 采煤工作面两端头冒顶问题

在采煤作业时，其机头或机尾位置经常会移动，致使该处的支护反复移设，顶板也反复支撑，同时，受采动超前压力的叠加作用，对工作面两端顶板产生非常大的影响。此外，如果工作面及所连接巷道支护的初撑力未能达到施工要求，也可能会导致该处顶板发生冒顶问题，因此这是采面顶板管理工作中的重点环节。

1.3 采煤工作面放顶线冒顶问题

采煤工作面顶板会随着采煤的不断推进而产生比较明显的下沉，而当岩层中存在离层性岩石时，其会在回柱作业中产生失稳移动，因此会对支撑的稳定性造成严重的影响[2]。此外，在对支柱进行回撤作业时，当所有支柱完成回撤后，顶板有可能会出现推垮性冒落问题，威胁到作业人员的安全，因此需要加强这一环节的顶板安全管理工作。

1.4 掘进工作面煤(岩)壁冒顶问题

掘进机(爆破)在破煤(岩)作业的过程中，其顶帮部可能会有破碎煤(岩)产生。由于其与煤(岩)体间的连接被破坏，一旦支护未能达到设计强度时，煤(岩)体就可能会发生垮塌等事故。同时如果掘进作业的超前支护强度未能对工作面顶板进行及时有效支护，会造成顶板冒落问题。

1.5 交岔巷道冒顶问题

由于在采掘活动过程中经常需要施工交岔巷道，而且交岔巷道跨度大、应力高，容易出现冒顶问题。特别是在原支护强度不变的情况下，发生煤(岩)体离层脱落冒顶等顶板事故的机率较高，且这类事故隐患难以及时察觉，因此是顶板管理中的重点。

1.6 地质构造面冒顶问题

煤矿井下采掘活动过程中经常会遇到地质构造带，如：断层、褶曲、冲刷带、陷落柱等，由于受地应力影响，这些地质构造带煤(岩)体裂隙发育、应力集中、承压能力差，当地质资料不清，支护方式和强度选择不合适，极易发生冒顶事故，这是顶板管理的难点。

2 加强煤矿顶板管理的有效途径

2.1 制定完善顶板管理机制

煤矿企业应高度重视顶板管理的重要性，严格遵守相关的安全生产技术管理规范，制定完善的顶板管理措施，以确保顶板支护质量和安全。煤矿企业应积极应用先进的信息技术，对顶板支撑压力等指标参数进行动态检测，将预防作为顶板管理工作的重点，有效降低冒顶事故发生的机率。特别是对地质条件复杂的围岩进行采掘作业时，煤矿企业必须采取超前支护等措施，并综合运用高强度支护、贴帮支护、端头支护、切顶支护以及特殊支架等多种方式来确保开采作业的安全[3]。同时在采掘过程中应采取定期巡检等方式，通过精细化的顶板管理措施来确保支护的安全可靠，从而避免人员的伤亡以及经济财产的损失。

2.2 掘进地质构造带顶板管理措施

当掘进工作面遇到地质构造带时，由于构造面节理发育应力集中，会导致不同煤(岩)层间有离层产生，此时顶板结构的稳定性会受到影响，并导致掘进工作面顶板岩层的压力进一步增加，从而造成顶板出现坍塌事故。因此在掘进作业中应采用高强度支护方式来对构造面顶板进行支护管理，以避免冒顶等严重的安全事故发生。目前掘进工作面面比较常用的是对构造带进行超前或前探支护的方式来保证回采作业的安全。该支护方式不仅比较容易操作，而且能够对较大范围顶板进行有效支撑，同时还可以结合局部填充胶结技术来提高顶板结构的完整性[4]。在选择地质构造带的支护方式时要注意，必须弄清楚地质构造、煤(岩)体的层理发育程度和承压强度，并结合巷道宽度高度以及矿压等因素合理选择支护方法，以确保顶板支护的安全性和稳定性。

2.3 采面地质构造带顶板管理措施

在采面过地质构造带时，应充分考虑端面距以及煤层顶板的实际冒落高度等因素。当端面距与冒落高度均为1m时，可以采取钻眼插钢针的方式来提高临时塌冒区顶板的稳定性。而当端面距或者冒落高度超出这一安全标准时，则应采取相应的棚式支护措施。棚梁可以根据实际情况使用2或3个，同时应严格控制煤壁和采高的一致性。应指派富有经验的技术人员对工作面顶、煤壁进行敲帮问顶，以准确判断其是否存在离层或者浮煤矸等问题。当顶板压力降低时，施工人员应按照端面距的实际长度来进行置顶高度的设置，并将长方木等材料设置在平行煤壁的位置。作业人员还可以采取利用液压前探伸缩梁或护帮板进行支护的方式来避免顶板出现二次冒顶事故。此外，还应综合利用前探梁结合插入钢针以及设置临时性支柱等方式及时对顶板进行支护，以保证顶板结构的稳定性。

2.4 煤矿采掘工作面巷道顶板管理措施

在煤矿采掘工作面以及巷道顶板的安全管理工作中要坚持预防为主的管理原则，并合理选择合理的支护方式，从而确保采掘工作的安全。

(1)在煤矿掘进巷道的支护作业中，所使用的钢性支架应尽量选择具有可调节功能的装置或者卡环式装置。其中拱形卡栓式金属支架由于能够有效提高对顶板结构的稳定性，其支护效果较好，因此得到了广泛的应用。如果采用的是锚喷支护方式时，则应尽量采取利预应力锚杆(锚索)支护型式。

(2)煤矿掘进施工时，在掘进迎头位置煤(岩)石硬度能够满足前探梁的使用条件时，应尽量采取前探梁方式来进行施工。比较常见的前探梁包括一梁三环以及吊挂式等结构型式，而其中一梁三环式前探梁在目前的煤矿采掘实践中更是得到了比较广泛的应用。

(3)在顶板管理中应结合巷道结构的稳定性、顶板岩层特点以及锚杆长度等因素准确测定其松动范围，以提高支护结构选择的合理性。当煤矿采掘巷道顶板主要为泥炭质页岩时，其松动范围一般在1.2m到2m之间。当采掘巷道顶板主要为泥岩时，其松动圈一般在相距掘进头约30m处，且其范围通常在0.5m到1.2m之间。而当煤矿采掘巷道顶板主要为石灰岩时，其松动圈则一般在与其巷道相距70m处，且松动范围大多在0.4m左右[5]。此外，还应将锚杆固力控制在60kN到90kN之间。

(4)在采掘工作面顶板管理中应积极采用小钻头、小药卷以及小锚杆技术的三小支护技术，特别是在应用了锚网和锚梯形钢筋梁等材料后，其支护效果能够得到进一步的提高。此外，光爆锚喷技术也是顶板支护中的一种有效支护方式，能够有效提高顶板支护的完整性和稳固性。

(5)在采煤作业中，按照回采矿压变化，可以采取沿空送巷设置煤柱等方式来提高顶板的稳定性。一般来说，采掘工作面在压力降低区两侧的承压范围大约在0到7m之间，而在压力升高区的影响范围则在7m到30m之间，所以应将沿空送巷的设置范围控制在7m以内。此外也可以根据实际条件来对两侧设置范围进行相应的调整，并将护巷煤柱控制在30m左右。

3 结语

顶板管理工作是煤矿安全生产管理工作中的重点内容之一，其对于保证煤矿的安全开采以及作业人员的人身安全都具有十分重要的意义。所以煤矿企业要建立完善的顶板管理机制，并积极应用先进的技术设备对巷道顶板进行有效的防护，以确保顶板的稳定安全，为煤矿采掘活动的顺利实施创造有利条件，从而促进煤矿采掘作业的技术水平和生产效率的提高，以满足我国国民经济建设和社会发展对煤炭资源的需求。