煤矿综掘工作面顶板管理分析

郭政华

（库车县科兴煤炭实业有限责任公司，新疆 阿克苏 842000）

煤炭开采的工序较多，涉及的风险隐患较多，工作面顶板是众多风险隐患中的一个重要部分。因此，相关人员需要认真分析和研究这一环节，做好风险隐患排查工作，然后通过有效的措施对安全隐患问题进行规避，从根本上降低安全事故的发生概率，提高工作人员的安全，保证煤矿综掘工作的顺利进行。

1 煤矿工作面顶板的支护方法

井下巷道是煤矿开采的主要现场，巷道的照明环境差，空间狭小，设备多，不完全可控因素较多，因此这也是施工中容易出现安全问题的重要部分。因此，要加强工作面顶板的支护效果，以保证巷道的安全。目前，较为常见的顶板支护方法有两种。

（1）可伸缩性型的顶板支架。可伸缩的顶板支架在空间狭小的环境中具有独特的应用优势。支架能够实现双向伸缩，应用更加灵活，使用起来更加方便；在承载强度上，有实验证实，其完全可以满足顶板支护应起到的标准，大大提高了煤矿作业的安全，保证了工作的顺利进行。随着技术的不断发展，这种支架还衍生出了其他的用途，为其得到更好的应用起到了推动作用。

（2）特殊型钢支护。钢材具有较强的支撑性能，型钢是煤矿企业进行工作面支护的重要材料。在煤矿的开采过程中，工作面的环境相对较差，温湿度、粉尘污染、气体腐蚀等都会对钢材造成一定的腐蚀，为了保证工程的安全，一定要选择具有抗腐蚀等特点的钢材。随着科学技术的不断创新，很多新型材料具有更强的优势，可以克服恶劣的环境，始终保持着其强度和性能不变，减少外界对其的损害。在支护型钢形状尺寸的选择上，要根据具体的工程项目和工程需求合理选择。根据工作面顶板需要的支护范围、承载力、具体支护的位置等，合理确定型钢截面的尺寸、形状和数量，通过各方面的共同组合，达到支护的效果。选择型钢时，还要坚持绿色安全施工的原则。煤矿业属于高危风险、具有污染性的行业，相关的管理部门为了能够保证工作环境的绿色标准化，对工程的环境进行了严格的规定，包含各项材料是否符合规定，工艺、防护等是否达到要求等，这就要求工作面所用的支护型钢具有较高的质量水准，能够满足工程的需求。除此之外，还要加强对支护型钢性能的检验。要对支护型钢的抗压性、拉力、承载力等进行严格的试验，符合性能的才能选进采购名录中，并以真实的实验结果作为选择的依据。

2 煤矿顶板的岩层分类

不同煤矿的环境不同，煤矿顶板的岩层种类也不尽相同，一般根据其位置可以分为三种。（1）伪顶岩层。从字面上可以理解，这种岩层很薄很脆弱，不能够承受外力的作用，稍有不慎就会大面积倾塌，导致严重的后果。（2）直接顶岩层。这种岩层一般位于伪顶岩层上面，质地相对较弱，一般是由较松散的颗粒和矿物质组成的岩层。这种岩层也容易受到外力作用而遭到破坏，尤其在对其进行支架拆除的过程中，容易造成其结构的损害，影响其稳定性。（3）老顶岩层。这层结构在前两层之上，结构相对坚硬，具有较好的承载性和稳定性，可以承受较强的荷载。即使在其下面两层脆弱岩层坍塌后，老顶岩层也可以继续保持原有结构，不会由此造成整体的掉落。按照上面分析可以得出，煤矿顶板的岩层由上至下的坚硬程度逐渐减弱，在进行顶板支护时，要根据这个特点合理施工。

3 煤矿顶板风险因素

在煤矿中，工作面顶板是出现安全问题的重要因素，要对这一环节的风险因素进行认真的分析，以便制定出具体的应对措施。顶板的风险因素主要有以下方面。（1）通风道坍塌事故。造成该事故的主要原因有四个方面：一是直接顶层岩其本身存在一定的破裂痕迹；二是直接顶层岩本身受到震动等改变了其原有结构，使其失去稳定性；三是支护不到位；四是老顶岩层受到巨大的外力冲击。（2）设备移动造成的冒顶事故。在煤矿下的巷道内，随着作业的需要，机头机尾部分会前后移动，在移动的过程中，顶板支架如果处理不好，就会对顶板的岩层造成一定的外力作用，对其造成破坏，从而形成片状的岩层下落、坍塌，导致事故的发生。（3）放顶线周围的坍塌。在煤矿的开采过程中，随着开采量的加大，工作面的顶板会出现下沉现象，这种变化会导致顶层的岩层结构发生变化，而回柱的转动会加大岩层的松散度，破坏支护对其的支撑，一旦发生事故，将造成大面积的坍塌，对人们的生命造成威胁。

4 煤矿采掘工作面管理优化措施

4.1 稳定煤层顶板

在煤矿挖掘过程中应注重煤层顶板的稳定性，通过对煤层结构的分析，确定适宜的支护结构，支护结构的规格、尺寸、位置、数量等都应按照工艺的要求进行布置。初次放顶的衔接处需要由专业的人员进行操作，落实好责任制。此外，还需要定期对顶板的支撑压力进行测量，正确使用顶板动态仪能够及时发现压力过大的问题，便于及时采取措施避免出现冒顶事故。

4.2 采煤工作面棚顶的顶板管理

在顶板管理中首先应确保支护结构的质量符合要求，在采购、到场检验过程中严格按照流程和标准，并根据不同区域的承重需求确定科学的支护形式，在初次放顶时，做好顶板间的衔接，提前确定好每个区域的负责人，使责任制得到有效落实。在整个采掘过程中制定顶板压力检测周期，安排专人定期查看顶板面动态仪的数据。在棚顶的顶板管理中重点关注顶板冒落高度和端面距长短两个因素，可以在塌冒区钻眼安置钢针来构成棚顶，但是需要注意的是一旦冒落高度和端面距超过1m后，就不能确保安全，需要在机炮道内棚顶的保护下才能进行施工。具体操作为在刮板机挡煤板外侧设置工形梁，从冒落区的一侧逐步向作业区布置，挡板外侧为2～3个，需使采高与煤壁等高。然后用撬棍或者钢钎等工具在井巷、工作面顶板及侧帮等位置有规律敲击，通过声音来发现浮石或者薄层，判断顶板的稳定性，这项工作对工作人员的经验要求较高。顶板压力变小后通过端面距大小确定科学的顶高并用长方木搭设平行煤壁。为了避免再次发生冒顶，在机炮道内也应设置单体液压支柱以提升支撑能力，确保稳定性。确保假顶的稳固，其前探梁应与方木通过钢针固定为一个整体，使之与煤壁紧密稳定贴合，避免出现倾斜、翻倒等问题，在挖煤作业需要移柱时需要提前在假顶下部设置好稳固的临时支撑，避免采煤机通过时漏顶区冒落带来的安全隐患。

4.3 局部厚煤层顶板加固的管理措施

支护结构的稳固性直接影响着煤层顶板的稳定和安全，应在以下两个方面加强管理以确保顶板加固的质量：一是支护自身的结构形式、材质和高度，这决定了其最大支撑力；二是一定压力下与煤层的接触面积决定了压强的大小，需要保证局部煤层顶板的安全。因此，应根据采煤区的实际情况，确保煤层顶板得到加固。（1）增加支护的面积，选择两侧有延伸的支护结构，这样可以通过扩大控制面，对更大区域的煤层进行接触，提升支护稳定性，降低倾斜的危险，并能有效填充局部的凹陷。（2）采取木垛支护。在施工中随着采掘高度的增加，根据压杆稳定原理，支护的抗压能力会下降，因此钢制支护的截面将随着高度的增加而变大，保证支撑能力，而采取木垛的形式，能降低高度和其他因素的影响，且操作比较简单，也能实现对顶板的大面积支撑。在施工中尽量避免在冒顶区域进行震动较大的作业，避免造成顶层结构发生变化，引发安全问题。

4.4 注重布置工作面

采矿的安全性和工作效率与工作面的设置密切相关，因此应注重工作面布置的科学性。（1）对作业区进行详尽的勘察，如工作面的地质、构造、水分等，通过对这些数据进行分析，提前发现作业区存在的各种风险因素，形成全面科学的分析报告。（2）根据这些数据，结合施工现场、工作面环境条件、设备特性等，有针对性地改进方案，形成科学的工作面方案，使采矿作业能安全、高效地进行。（3）渗透问题也是煤矿施工中严重威胁工人生命安全的事项，应制定严密的防渗漏预案和预防措施，在日常作业中对渗透加以关注并及时采取措施避免工作面出现渗透。

4.5 优化井下巷道支架的结构性能和强度

在进行井下巷道掘进时，第一次掘进时巷道可能在压力的作用下发生变形，这将对施工效率和安全造成较大影响，因此需要在进行顶板支护时采取措施避免巷道的位置和形状发生变化。为了解决这个问题，提高巷道的稳定性，一般会选择刚性和柔性适中的支护结构，既要确保对顶板形成强有力的支撑，还要具备一定的形变能力，以便容纳巷道围岩的变形，使变形在合理的范围内维持住巷道的形状，以便挖掘作业顺利开展。巷道的布置应便于施工，在巷道中加装支护应注意其维护性和完整性，以便在出现问题时展开返修施工。在作业期间，还应定期检查压力值，将围岩所承受的压力进行释放，在释放过程中需要额外做好防护，使压力值始终处于安全的范围内。

5 结束语

煤矿综掘行业属于高风险行业，由于受多种风险因素的制约，极易发生安全事故，而煤矿工作面顶板的坍塌等是事故中较为常见的问题。因此，加大对工作面顶板的管理至关重要。相关管理部门要熟悉顶板的岩层的结构特征，认真辨别出风险源，对每个风险源根据风险大小来进行合理的风险规避和处理，通过加固支护、优化巷道结构等方法，保证顶板的管理能够安全有效，为煤矿的安全稳定生产提供保障。