煤矿井下采煤工作面顶板管理工艺

摘要：加强井下采煤工作面顶板管理是煤矿减少安全事故、降低煤矿开采损失、避免资源浪费的重要方法之一。鉴于此，以促进煤矿安全生产为目的，分析井下采煤工作面顶板事故的发生原因，包括地质原因、采煤工艺原因、设备原因；探究加强煤矿井下采煤工作面顶板管理措施，包括高质量、高效率落实煤矿开采工作面初期检测、加大关键期顶板管理力度、落实支护设计与管理、加强设备管理等。通过分析发现，煤矿井下采煤工作面顶板事故的发生原因多种多样，而要想实现安全生产，需要从多个角度出发制定安全、行之有效的措施来施行用于加强管理。

关键词：煤矿；采煤工作面；顶板管理

引言：在煤矿采煤事故中，井下采煤工作面顶板事故占据很大比例，它不仅会让煤矿企业面临重大的经济损失，还容易带来严重的人员伤亡等问题。所以，为了实现安全生产，众多煤矿企业愈发重视日常井下采煤环节的顶板管理。安全第一是煤矿生产的第一要义，在生产期间，企业需要最大限度地保证施工人员的人身安全，以便于获得最大化的经济效益以及赢得较高的良好声誉，所以，在采煤作业时，需各部门需紧密配合、相互协作，以最大限度地保障回采煤层时作业人员的安全性。

1煤矿井下采煤工作面顶板事故的发生原因

1.1地质原因

遇到断层、破碎层等复杂地质条件是煤矿井下采煤事故多发、频发的原因之一。所以，为避免出现因复杂地质条件导致的煤矿安全开采无法正常进行的问题，需在开采作业期间注重勘验地质条件，以最大限度地保障井下作业人员的人身安全。

煤矿井下采煤工作面顶板事故多发、频发，主要受以下几种复杂地质条件影响：一是断层。采煤工作面出现断层意味着此时会出现遇水软化的断层泥，若还存在其他外力，极容易出现工作面坍塌等事故。另外，断层的特殊性还容易降低采煤工作面的稳定性，导致顶板破碎，不容易支护，出现漏顶、漏矸现象，严重时候也会出现阶段性的冒顶，使采煤作业开展受限。二是破碎层。爆破是煤矿井下有些采煤工作的一个作业环节，虽在某种程度上可以促进井下采煤作业效率的提升，但也常存在一些弊端，这是因为爆破会扰动岩体结构，使其与土壤之间的稳定性出现波动，严重时容易出现岩层坍塌等问题。一旦出现这一问题，井下采煤作业将会受阻。

1.2工艺原因

第一，采煤工艺。采煤方法不合理易导致煤矿井下采煤工作面顶板的不稳定。若在采用冒落法时，出现放顶步距过大或放顶不彻底等易导致悬顶面积超限的放顶工艺不当的问题，或是在针对急倾斜煤层采用伪倾斜柔性掩护支架时出现支架稳定性不足等问题，都可能导致工作面顶板事故多发。第二，支护失效或者不到位是煤矿井下采煤工作面顶板事故原因之一。若是在支护作业时，选用支撑力不足或与顶板条件不匹配的支架类型，或是支护密度不足、支护强度不够，不相匹配等都易导致支护失效，从而引发工作面顶板事故。

1.3设备因素

第一，液压支架密封失效、立柱、千斤顶损坏，会导致支护失效，而支护失效会影响顶板结构的稳定性，易引发事故；第二，采煤机若因齿套、截齿磨损等原因出现截割参数不合理等问题，易导致顶板的完整性受损坏；第三，顶板压力监测系统缺失或数据不准确、未使用顶板离层仪或锚杆测力计实时监控支护状态等，容易引发因监管不到位导致的煤矿井下采煤工作面顶板事故。

2加强煤矿井下采煤工作面顶板管理的具体措施

2.1高质量落实煤矿开采工作面初期检测

考虑到煤矿开采初期新安装的工作面顶板更容易发生安全事故，所以，在初期，要加强对煤矿开采工作面的检测管理，并根据监测结果，加强工作面顶板支护作业，以有效预防顶板事故的发生[1]。以某厚度为5.73m、走向斜长为1486m、倾斜长度为28m的煤层的顶板管理为例，工作人员为了在初期实现对工作面顶板的有效监测，制定了以技术手段为支撑的顶板监测方案，具体做法为将温度表、YHY60型煤矿压力记录装置、KJ653-F2型顶板压力监测等设备安装在支架以及工作面各监测分站、各标记点位，用于实时监测和控制工作面各液压支撑的关键参数等，同时，通过安装单体液压支柱压力检测装置实现对在超前柱上的实时监测与管理。

2.2加大关键期顶板管理力度

一是在地质构造期，工作人员需严格控制工作面顶板高度，减少破损。当遇到断层时，需预防性管理顶板，以免为后续煤炭开采留下安全隐患。此外，还需严格控制移架次数、时间、移架步距。检验人员需全程参与工作面顶板的检验，并根据检验结果分析动态监测现状状况，其中，监测重点包括但不限于开采工作面分支的原始支撑力以及前端顶部的冒落状况。移架时，遇到顶板破碎地带时需提前制定移架方案，确定移架时间等，以避免出现因移架操作失误导致的工作面顶板受损等问题。

二是在开采期间，依托数字式矿压传感器、矿压数据库，实时监测矿压变化，并根据监测数据，动态调整支护密度，改善顶板的完整性。若开采时遇到悬顶面积超过100㎡的情况，可采用CO2预裂、高压水力压裂等工艺强制垮落，并在打孔后采用地质雷达扫描等技术完成顶板完整性检测，若发现未垮落区域，需进一步制定具体措施。若超前段出现顶板不稳定，破碎时可补打锚索，采用锚网索+π梁、打肩窝锚索，这一做法，具有减少顶板事故的功能。若开采期间遇到特殊地段，如高应力区、淋水区等，需采用液压枕传感器等设备实时监测应力集中程度，并实时采用钻孔工艺卸压；采用聚氨酯注浆堵水工艺，降低顶板含水率。

2.3落实支护设计与管理

合理有效的巷道支护方式可以降低顶板安全事故发生率，提高顶板结构的稳定性和安全性。所以，需结合采煤工作面的实际情况，根据巷道应力分布情况、断面完整性等选择巷道支护技术，以有效预防顶板安全事故的发生。例如，在某煤层埋深700m、应力集中区巷道变形严重的工程中，为满足其高强度支护要求等，采用分区支护策略，以Φ22×4000mm左旋螺纹钢锚杆+金属网搭配Φ32mm注浆锚索再搭配可缩式U型钢支架+C25混凝土的方案，搭建超前支护段、应力高峰区和滞后支护段的支护结构。此外，若是遇到底板柔软度过高等情况，还需通过增加支柱底板等方式，增加支柱的支撑力，以有效预防底板穿透。为提高设计方案的可行性，还需进行现场试验，根据试验结果，判断支护方式是否可以被应用到实际场景中。在特殊情况下，如压力较大、工作面冒顶等，需采用有针对性的措施，降低顶板的事故发生率，如在遇到工作面冒顶的情况时，引入超前拉出支架灯。为确保支护效果符合预期，还需在设计环节，邀请专家参与支护效果评估，并为设计团队提供有针对性的优化和调整策略，以有效提高支护质量。

2.4加强设备管理等

为确保煤矿井下采煤作业顺利进行，需确保设备性能良好，为此，要在工作中，结合井下工作面环境和实际情况选择设备类型。

第一，液体支架。在井下采煤工作面顶板管理中，液体支架设备是管理重点之一。在选择时，需综合考虑采煤工作面的实际情况、煤层条件、支架质量和性能等[2]。以山西某高瓦斯软岩矿井为例，在选择液体支架时，根据“煤层顶板为泥岩与砂质页岩互层，节理裂隙发育，易发生局部冒顶”、“工作面长度250m，采高3.5m，需适应复杂顶板条件”分析设备需求，然后，根据“顶板破碎需高支护强度”这一需求，选择高大需大工作阻力的液体支架，如ZZ7200/20/40型掩护式液压支架。第二，检查设备老化情况，及时更换磨损严重的设备或部件，对于磨损较轻的设备，需立即上报。在正式采煤前，工作人员需仔细检测设备，以避免设备带病作业。

结语：煤矿井下采煤工作面顶板事故既会给煤矿企业带来不小的经济损失，又容易引发大量工人伤亡的问题，所以，要求工作人员基于全过程理念，从实际情况出发，加强工作面顶板管理，降低故障发生率。

参考文件：

[1]王伟.煤矿井下采煤工作面顶板管理[J].西部探矿工程，2023，35（10）：180-183.

[2]董雪峰.煤矿井下采煤工作面顶板管理措施研究[J].矿业装备，2023，（06）：101-103.