浅议放顶煤开采顶板管理的安全技术措施

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【摘 要】本文结合望云煤矿实际情况论述了放顶煤开采中顶板管理的安全措施，通过分析工作面状况给出顶板管理的一些具体做法。

【关键字】放顶煤；顶板；安全

矿井情况介绍：山西望云煤矿批准开采3～15号煤层，井田面积16.6527km2，设计生产能力900 kt/a，用综采放顶煤采煤法，依靠一个长壁工作面和两个综掘掘进工作面来实现矿井年产900 kt的产量。工作面顶板裂隙发育，应加强对顶板的管理，下面就顶板实际情况经行分析处理。

1 工作面顶板的垮落性分析，顶板初次和周期来压情况

1.1 3205工作面情况介绍

3205工作面煤层厚度平均4.85m，大部不含夹矸，局部夹矸石，厚0.10m左右，煤层结构简单，煤层顶板大多为泥岩、粉砂质泥岩，局部为细砂岩，伪顶一般为炭质泥岩，厚0.2m左右，随开采过程而极易冒落，老顶为中细粒砂岩，质地致密坚硬，钙、硅质胶结，冒落性一般，煤层底板为黑色泥岩或粉砂质泥岩。

1.2 3205工作面顶板冒放性分析

采用北京开采研究所提出的开采顶煤冒放性分类方案，对该矿3号煤层的顶煤冒放性进行分类，其顶煤冒放性为二类，即顶煤冒放性较好。该矿3号煤层煤质较软，节理裂隙发育，3号煤层的普氏硬度系数f=1.5～2，属于中硬煤层，3号煤层结构简单，不含硬度大于煤层的厚层夹矸，不会对顶煤冒放性产生影响。且3号煤层的层理、节理裂隙发育，上位煤层偏软，节理裂隙与层理斜交，对顶煤的冒放非常有利。3号煤层的直接顶为泥岩，局部含粉砂岩，基本可满足对采空区的充填要求，从相邻矿回采工作面顶板的垮落状况看，直接顶可以随采随冒，因此，3号煤层直接顶的岩性、厚度可以满足放顶煤开采的要求。

1.3 3205工作面周期来压

根据矿方回采3205工作面情况，初次来压为25m，周期来压为20m。根据需要，在顺槽和工作面配备矿压观测设备，矿方配备有YHY60型综采工作阻力连续记录仪4套、SY-40型单体柱测力计、测枪或JSS30/10型数显收敛计等。

2 坚硬顶板强制放顶工艺和设备选型

3205工作面煤层顶板大多为泥岩、粉砂质泥岩，局部为细砂岩，伪顶一般为炭质泥岩，厚0.2m左右，随开采过程而极易冒落，老顶为中粒长石石英砂岩，质地致密坚硬，钙、硅质胶结，冒落性一般。根据以往回采情况，3号煤层顶板能随采随落，一般不用采用强制放顶的措施，若出现顶板难以垮落的情况，超过回采作业规程规定的距离时，必须停止采煤或者放煤，采取强强制放顶的方法使顶板垮落，在采取强制放顶措施时，必须按照相关的要求制定安全技术措施。

3 工作面支架、顺槽超前支护、端头支护方式

3.1 工作面支护方式

工作面为综采放顶煤工作面，支护采用ZF3400/17/28型低位放顶煤液压支架90架和ZFG4000/18/30型过渡架4架，采用立即支护方式及时支护顶板。支架工作阻力3400/4000kN，最大控顶距4140mm，最小控顶距3540mm，架间距1.5m。

3.2 机头、机尾及进、回风巷超前支护布置情况

3.2.1 端头的支护情况

工作面端头采用ZFG4000/18/30型过渡架支护，顺槽端头支护采用单体液压支柱和 3.0m“Л”型钢梁配合支护，采用对棚方式支护，一梁三柱，交错迈步前移。

3.2.2 进、回风巷超前支护情况

（1）运输顺槽超前支护

超前20m于原钢支架间套设相应规格的木梁下支设DZ28/30型单体柱进行替棚支护，套架的木棚必须保证一梁四柱，破碎机处保持一梁二柱，每架棚均架设在铁棚梁中间，中间柱要与双排超前柱对齐，贴帮柱距煤帮50mm左右，打贴帮柱处可回取掉拉勾。

（2）回风顺槽超前支护

超前20m于原钢支架间套设相应规格的木梁下支设DZ28/30型单体柱进行替棚支护，套架的木棚必须保证一梁四柱，每架棚均架设在铁棚梁中间，中间柱要与双排超前柱对齐，贴帮柱距煤帮50mm左右，打贴帮柱处可回取掉拉勾。

3.2.3 对支护材料的要求

顺槽端头支护所使用的π型钢梁长为3.0m；顺槽端头及进、回风顺槽超前支护所使用的单体支柱型号为DZ28-25/100，所打单体柱初撑力不低于90kN。所有单体柱均必须栓绳防倒。

4 预防架前顶煤漏冒的措施和工作面煤壁片帮措施

（1）严格执行追机移架制度，移架滞后机组不小于3m，不大于5m。随机推出护帮板进行临时支护，架前端面距≤340mm。

（2）工作面局部坡度较大或顶板破碎时，尽量减少支架反复升降次数。

（3）若顶煤松软，根据现场情况，割煤只割底刀，顶煤靠重力落下后立刻退出护帮板进行临时支护，并追机移架，防止冒顶。

（4）移架后，片帮深度超过600mm时应推出护帮板进行临时支护，超过1.0m时，应架设顺山棚并打贴帮柱，贴帮柱必须打在硬底上，严禁打在浮煤上。

（5）工作面出现架前冒顶时，现场人员要冷静，处理问题要果断，立即停止工作面其它作业，迅速将冒顶区维护好，并清理好退路。

（6）必须及时将工作面采煤机、输送机停电、摘刀、闭锁，关闭冒顶区域上下相邻的5架支架的截止阀，不经作业现场人员同意严禁随意开机，无关人员不得在冒顶区下的刮板输送机里行走。

（7）、根据现场情况，备齐工具，备足支护材料。

（8）绞顶前应首先敲帮问顶，人员站在安全地点用长把工具处理完活矸危岩，要专人监护，待顶板稳定，确认安全后方可继续作业。若工作面出现压力加大，片帮、顶板掉渣等现象，严禁作业。

（9）待顶板稳定后，应从冒顶区上下两侧的支架开始加固，采用挤料、架设顺山抬棚配合走向梁的方法控制顶板。

（10）挤料长度采用≥1.5m的Φ16cm红松圆木制作，支设单体柱两根，分别顶在挤料两端500mm处。

（11）架设顺山棚必须采用Φ16cm红松圆木，长2.2m，平行于支架梁端，棚距0.3～0.6m，必要时架密棚，顶部铺设金属顶网，并木垛绞顶，架设顺山棚的临时支护必须保证一梁两柱。架好顺山棚后，每台处理支架的下方，用两根4m木梁或∏型钢梁托住顺山棚，一梁三柱；然后去掉顺山棚临时支护的柱子，以利于采煤机通过。

（12）所用梁柱和木料要根据需要确定长短，所架设的梁与木料以必须能够控制住冒顶区的边缘为原则。

（13）绞顶工作应从一端向另一端依次进行，严禁两端同时作业。无关人员不得在冒顶区下的刮板输送机里行走。

（14）要有专人操作支架，并与绞顶人员协调一致，不得随意或误操作支架。

（15）处理片帮、冒顶事故时，安检员、当班负责人必须在现场监督、指导安全管理工作，并及时向矿调度室进行汇报。

5 总结

对于煤矿的顶板管理的好坏直接影响到煤矿生产安全，切实做到预防在先的原则加强对于顶板的管理力度，为煤矿的安全生产提供有力的前提保障，只有在安全的前提下才能高产高效的稳定的生产。

参考文献：

[1]李通林等.矿山岩石力学[M].重庆：重庆大学出版社，1991.

[2]钱鸣高，石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.

[3]范生魁，王月星.软岩巷道支护理论与应用.河北煤炭，2009（4）.

作者简介：

杨志强（1962—），男，采矿工程师，本科学历，山西省高平市人，现任山西兰花科技创业股份有限公司望云煤矿分公司总工程师。