綜采工作面頂板壓力控制分析及思考

陳立華

摘 要：煤炭開采作業(yè)具有特殊性，強(qiáng)調(diào)作業(yè)環(huán)境的安全構(gòu)建。綜采工作面頂板壓力的有效控制，是煤礦安全開采的重要保障。文章分析了綜采工作面頂板事故的原因，以及頂板壓力現(xiàn)象，并在此基礎(chǔ)之上，從觀測頂板壓力值范圍、開展頂板來壓預(yù)報工作、落實(shí)瓦斯治理工作等方面，闡述了綜采工作面頂板壓力控制的措施，確保煤礦開采安全。

關(guān)鍵詞：綜采工作面；頂板壓力；冒頂；控制措施

中圖分類號：TD822+.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）29-0082-02

前言

煤炭開采環(huán)境的特殊性，要求開采作業(yè)應(yīng)構(gòu)建安全的施工環(huán)境，以確保礦工的生命財產(chǎn)安全。綜采工作面頂板壓力有效控制，是控制煤礦開采安全的重要內(nèi)容。從實(shí)際來看，綜采工作面頂板壓力事故的發(fā)生，很大程度上是頂板壓力控制失衡，造成沖擊礦壓現(xiàn)象、瓦斯涌出現(xiàn)象，造成了較為嚴(yán)重的安全事故。因此，為更好地創(chuàng)設(shè)良好的安全環(huán)境，確保礦工的生命財產(chǎn)安全，應(yīng)強(qiáng)化對綜采面頂板壓力的科學(xué)控制。從各項(xiàng)工作的有效落實(shí)入手，從科學(xué)發(fā)展著眼，全面貫徹落實(shí)各項(xiàng)工作規(guī)范及要求，實(shí)現(xiàn)綜采工作面科學(xué)管理。

1 綜采工作面頂板事故的原因

在煤礦開采中，綜采工作面頂板安全事故的發(fā)生，會對煤礦施工作業(yè)造成嚴(yán)重的損壞。從實(shí)際來看，綜采工作面頂板事故主要有兩個原因所致：一是采礦工作面的地質(zhì)條件。由于工作面處于“斷層”或“破碎層”，開采施工的地質(zhì)條件比較惡劣，進(jìn)而造成巖體崩塌等事故的發(fā)生；二是采礦的工作方式。不同回采工序，會導(dǎo)致不同類型的頂板事故。

1.1 地質(zhì)條件：工作面地質(zhì)條件不佳，造成崩塌等事故

在煤礦開采中，由于地質(zhì)環(huán)境不佳，極易造成綜采工作面事故的發(fā)生。特別是在斷層、破碎帶的施工中，地質(zhì)條件的復(fù)雜性、脆弱性，增加了事故發(fā)生的可能性。（1）破碎帶。在破碎帶的地質(zhì)環(huán)境之下，一系列施工操作，都會對巖石造成影響，導(dǎo)致巖石出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性改變，隨著綜采工作面的不斷推進(jìn)，層面出現(xiàn)一定程度移動之時，極易發(fā)生崩塌事故；（2）斷層環(huán)境中，頂板安全防護(hù)工作面臨困難，頂板壓力難以有效控制。斷層泥與水接觸之后，便會形成“軟化”， 綜采工作面頂板壓力難以構(gòu)建，工作面的穩(wěn)定性下降。

1.2 工作方式：采煤工作方式不當(dāng)，回柱放頂時發(fā)生冒頂

科學(xué)合理的采煤工作方式，也是確保工作面頂板壓力有效控制的關(guān)鍵。但從實(shí)際來看，采煤作業(yè)中，冒頂問題時有發(fā)生。例如，煤壁沒有支護(hù)空間的情況下，采煤機(jī)在割煤以及爆破落煤后需要立即進(jìn)行支護(hù)，如果支護(hù)不及時就會導(dǎo)致輸送機(jī)的機(jī)頭機(jī)尾以及替換支護(hù)時工作面的兩端，回柱放頂時出現(xiàn)“冒頂”。

2 綜采工作面頂板壓力現(xiàn)象

煤礦開采作業(yè)中，實(shí)現(xiàn)對綜采工作面頂板壓力的有效控制，是確保煤炭開采安全的關(guān)鍵所在。綜采工作面頂板壓力主要有兩種類型的壓力現(xiàn)象：一是靜壓力現(xiàn)象；二是動壓力現(xiàn)象。其中，綜采工作面頂板動壓力現(xiàn)象最為典型，且往往會形成較大的安全危害，需要進(jìn)行有效控制。

2.1 沖擊礦壓現(xiàn)象

在一般情況之下，煤層處于“高應(yīng)力”的包圍之中，內(nèi)部力量（彈性能量）與外力處于平衡狀態(tài)。但是，當(dāng)這種平衡狀態(tài)被打破，極易造成巨大的沖擊力，對綜采工作面造成安全影響。例如，爆破、挖掘等外部力的干擾，造成內(nèi)外失衡，巨大的彈性能量突然釋放，彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能，大量煤塊、巖石拋出，增加綜采工作面受力。

2.2 瓦斯涌出現(xiàn)象

煤炭作業(yè)的特殊性，導(dǎo)致了瓦斯在某些區(qū)域的大量聚集。當(dāng)開采作業(yè)的過程中，一旦接近高應(yīng)力瓦斯區(qū)，且瓦斯內(nèi)部膨脹大于外部阻力，此時的瓦斯會形成瞬間沖擊力，造成綜采工作面的坍塌等事故，這也是常見的煤礦安全事故。因此，在煤礦開采作業(yè)中，瓦斯治理措施到位，規(guī)范施工操作，確保綜采工作面的安全穩(wěn)定。

2.3 大面積來壓現(xiàn)象

在對堅(jiān)硬頂板下的煤層開采中，會形成一定的采空面積。當(dāng)采空面積達(dá)到一定程度之時，堅(jiān)硬頂板的受力增加，并在巨大重力的作用之下，出現(xiàn)一定程度的“彎曲”。若彎曲應(yīng)力大于頂板承受力，則會出現(xiàn)“裂縫”。此時險情的發(fā)生，需要及時進(jìn)行采取措施，控制“裂縫”程度的擴(kuò)大。當(dāng)措施難以控制“裂縫”擴(kuò)大，并逐漸貫穿于整個煤層，那么就會造成大面積坍塌事故，對堅(jiān)硬頂板形成巨大沖擊力。

3 綜采工作面頂板壓力控制的措施

安全施工作業(yè)，是煤礦開采的重要基礎(chǔ)。在對綜采工作面頂板壓力的有效控制中，要堅(jiān)持以科學(xué)預(yù)防、準(zhǔn)確應(yīng)對的工作原則，確保綜采工作面頂板壓力的科學(xué)控制。在筆者看來，綜采工作面頂板壓力的控制，一方面要做好頂板壓力的觀測、預(yù)報等前期準(zhǔn)備工作；另一方面要做好瓦斯抽放工作，避免瓦斯爆炸等安全事故的發(fā)生。因此，具體而言，綜采工作面頂板壓力控制，應(yīng)做好以下幾點(diǎn)工作：

3.1 觀測頂板壓力值范圍，改進(jìn)頂板管理工作

在綜采工作面頂板壓力的控制中，頂板壓力值的準(zhǔn)確觀測，是一項(xiàng)重要的前期工作。通過準(zhǔn)確的觀測數(shù)據(jù)，為工作面頂板壓力的控制提供可靠的數(shù)據(jù)保障。（1）前期觀測。在前期的觀測過程中，要嚴(yán)格依照規(guī)范操作，規(guī)范觀測人員的操作行為，提高責(zé)任意識，落實(shí)觀測的各項(xiàng)工作。通過煤礦的地理位置、地質(zhì)特征等要素，科學(xué)去頂觀測的位置，確保觀測數(shù)據(jù)科學(xué)、可靠，具有典型的代表性；（2）觀測數(shù)據(jù)收集。觀測資料的完整性是發(fā)揮觀測作用的基礎(chǔ)。在觀測中，要強(qiáng)化對觀測數(shù)據(jù)資料的收集，并進(jìn)行有效整理，為綜采工作面頂板壓力的全面了解提供數(shù)據(jù)依據(jù)；（3）落實(shí)觀測資料的有效應(yīng)用。在頂板壓力控制的過程中，要充分利用好觀測數(shù)據(jù)，并做好數(shù)據(jù)的分析工作，為綜采工作面頂板壓力的控制提供依據(jù)，采取科學(xué)有效的應(yīng)對措施。如，根據(jù)位移和頂板觀測，加強(qiáng)超前支護(hù)段，防止超前支護(hù)段冒頂；根據(jù)頂板觀測，確保工作面支架的初撐力達(dá)標(biāo)，并及時移架減少空頂面積防止工作面冒頂。

3.2 開展頂板來壓預(yù)報工作，強(qiáng)化頂板壓力控制能力endprint

頂板來壓預(yù)報工作，是頂板壓力控制的重要基礎(chǔ)，更是強(qiáng)化控制能力的有力保障。（1）在進(jìn)行頂板來壓預(yù)報的過程中，可以基于頂板下沉的速度等變化特征作為依據(jù)，進(jìn)而對頂板壓力控制情況進(jìn)行有效判斷。若在綜采工作面無工序的情況之下，出現(xiàn)頂板下沉情況，且下沉程度達(dá)到一定指標(biāo)數(shù)值之時，則需要進(jìn)行頂板來壓預(yù)報，做好安全防范措施；（2）頂板反彈現(xiàn)象也是頂板來壓預(yù)報的重要依據(jù)，能夠?qū)敯鍋韷旱木唧w情況進(jìn)行科學(xué)有效的預(yù)報。一般情況之下，在工作面上下順槽的一定位置，可以進(jìn)行下沉觀測點(diǎn)的設(shè)置，以觀測頂板斷裂時，巷道頂板“上升”現(xiàn)象。這樣一來，工作面頂板出現(xiàn)的反彈現(xiàn)象，就可以對頂板來壓進(jìn)行科學(xué)預(yù)測，為壓力控制提供可靠的現(xiàn)實(shí)依據(jù)；（3）在綜采工作面頂板承受較大來壓之時，其下沉的程度明顯增大，并且影響作業(yè)的條件。在這種情況之下，需要及時進(jìn)行頂板來壓的報告，便于及時進(jìn)行控制，確保作業(yè)環(huán)境安全；（4）在實(shí)際當(dāng)中，頂板的破碎度、支架受力等情況，都可以作為頂板來壓的預(yù)報指標(biāo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對綜采面頂板壓力的有效控制。

3.3 落實(shí)瓦斯抽放工作，嚴(yán)格防控瓦斯爆炸事故發(fā)生

煤礦安全事故中，瓦斯爆炸最為常見，對綜采工作面頂板壓力控制形成影響。因此，在頂板壓力的控制工作中，要切實(shí)做好瓦斯抽放工作，嚴(yán)格防范瓦斯爆炸事故的發(fā)生。瓦斯安全事故的有效控制，在于落實(shí)瓦斯體積分?jǐn)?shù)的有效降低。具體而言，可以從以下幾個方面展開：（1）規(guī)范施工作業(yè)工序，嚴(yán)格落實(shí)各項(xiàng)規(guī)章制度，確保正常有序的施工環(huán)境；（2）做好瓦斯抽放工作，確保抽放標(biāo)準(zhǔn)落到實(shí)處；（3）有效降低瓦斯體積分?jǐn)?shù)，強(qiáng)化對瓦斯突出動壓現(xiàn)象的控制，實(shí)現(xiàn)煤礦安全的有效管理，降低瓦斯爆炸事故率；（4）強(qiáng)化安全事故教育，提高礦工的安全意識，能夠嚴(yán)格規(guī)范自己的行為；（5）強(qiáng)化安全管理檢查，制定巡查制度，明確崗位職責(zé)，確保煤礦安全管理工作落實(shí)到位。

4 結(jié)束語

總而言之，綜采工作面頂板壓力的有效控制，直接關(guān)系到煤礦開采的安全管理。綜采工作面安全事故的發(fā)生，很大程度上在于頂板壓力控制不到位，出現(xiàn)頂板壓力失衡等問題，進(jìn)而造成嚴(yán)重的煤礦安全事故。在筆者看來，綜采工作面頂板壓力控制的關(guān)鍵，在于落實(shí)三個方面的工作：一是觀測頂板壓力值范圍，改進(jìn)頂板管理工作；二是開展頂板來壓預(yù)報工作，強(qiáng)化頂板壓力控制能力；三是落實(shí)瓦斯抽放工作，嚴(yán)格防控瓦斯爆炸事故發(fā)生，構(gòu)建安全的煤礦作業(yè)環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳蘇社.特殊地質(zhì)條件下綜采工作面頂板控制技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2014（05）.

[2]王端栓.回踩工作面頂板控制及管理存在的問題與對策[J].科海故事博覽，2016（04）.

[3]肖興喜.煤礦回采工作面礦壓與頂板管理分析[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2014（15）.

[4]李楠.大采高綜采工作面機(jī)道頂板穩(wěn)定性分析及控制[J].機(jī)械管理開發(fā)，2016（08）.

[5]朱曉慶.綜采工作面堅(jiān)硬頂板控制技術(shù)研究[J].華東科技（學(xué)術(shù)版），2013（11）.

[6]陳嬌強(qiáng).關(guān)于綜采工作面頂板壓力控制的研究[J].城市建設(shè)理論研究，2017（16）.endprint