采煤工作面初次放顶的技术管理探究

陈麒麟 CHEN Qi-lin

（华亭煤业集团新柏煤矿，平凉 744201）

（Xinbai Coal Mine of Huating Coal Group，Pingliang 744201，China）

摘要：在采煤工作中，对于工作人员人身安全的保障是非常关键的一项工作，对此，就需要采煤企业能够做好采煤相关工作的技术管理。在本文中，将就采煤工作面初次放顶的技术管理进行一定的研究与分析。

Abstract： In coal mining， the protection of staff personal safety is an key work. So， mining companies should do a good job of the technical management of related coal work. This paper researches and analyzes the technical management of initial caving on coal working face.

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关键词 ：采煤工作面；初次放顶；技术管理

Key words： coal working face；initial caving；technical management

中图分类号：TD327.2文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）25-0153-03

作者简介：陈麒麟（1970-），男，甘肃平凉人，副总工程师兼生产技术科科长，采煤工程师。

0 引言

在采煤工作面初次放顶作业中，按照技术规范加强顶板管理，是防止顶板冒落的有效措施。在实际生产作业中，由于未准确采集顶板高度、顶板类型、老顶断裂等现场参数，导致放顶参数与实际情况不符，在操作过程中极易出现顶板冒落等安全事故，使得初次放顶的回采率达不到80%。

为此，本文将基于初次放顶需求，合理设计放顶距离、放顶高度等放顶参数，继而通过规范有效的技术措施来提高煤炭回采率和井下作业时的安全系数，以期同时满足经济效益和安全效益两方面的需求。

1 初次放顶需求分析

根据顶板类型不同，一般来讲，可以将初次放顶划分为两类：一是在开采一定距离之后，冒落高度能够达到要求、且能够自行冒落的情况；二是在开采到一定距离之后，顶板无冒落现象，或冒落高度达不到要求需要以人工方式进行放顶的情况。

直接顶充分跨落：对于该种类型的顶板来说，一般都是属于复合顶板以及稳定顶板类型，如13#以及15#层等。对于该种情况来说，其所具有的整体性相对较差，在实际开采中顶板不仅能够以自行的方式进行跨落，且跨落的也非常充分，并不需要以人工的方式对其进行挑顶，但对于该种情况来说，在实际施工中需要特别注意不会出现垮露顶事故。

①在老顶出现断裂、下沉情况之前，其下部为伪顶以及直接顶，尤其是在上述煤层上方所具有的劣质煤也非常容易出现破碎、冒落以及离层等情况。在该种情况下，顶板的跨度一般都会小于10m，而为了避免在施工中出现推垮型冒顶事故，在具体工作开展的过程中则可以保证技术管理工作能够达到以下效果：首先，支架从排梁工作开始其所具有的初撑力就应当能够满足要求，且泵站压力应当控制在15MPa以上，以此保证支柱初撑力能够达到7kN；其次，为了避免切眼、上下巷以及初次放顶阶段工作过程中出现顶板冒落的情况，在对巷道进行掘进到初次放顶挂之前都需要对其做好支护等措施；最后，采面在初次放顶前，需要前上机组，尽力避免放炮开帮后顶板被扰动的问题。

②当工作面老顶以及直接顶下沉时，顶板跨度一般超过10m，并且随着下沉量以及板压力的增加而呈现更显著的特征。在该阶段中，如果没有对其进行良好的处理，就非常容易造成冒顶事故的出现。对此，在实际施工中，从第五个循环开始则可以顺着工作面发生倾斜的方向每隔15m对一条测线进行布置，并对第一排同最后一排支柱所具有的工作阻力以及初撑力进行测量。

2 初次放顶技术流程

2.1 初次放顶参数设计

有的单层顶板或多层顶板，前两层的结构致命性较强，分层厚度较大，需要通过人工强制挑顶，并且必须提前确定挑顶时间、对放顶高度、放顶步距以及方式等。

2.1.1 初次放顶距离

有的顶板材质较硬，开采后顶板没有全部冒落，在上方形成悬顶，如果没有对其进行合理的处理，则会对具体施工带来较大的安全隐患。面对此种情况，就需要以人工初次放顶的方式对其进行处理。根据一定矿压观测以及开采经验我们可以了解到，在开采自切眼推进之后，会在顶板处形成一个简支梁，该梁载荷分布均匀，其支点主要在切眼煤壁以及采面煤壁上，若是因为跨度大使梁所具有的正应力达到了破坏值，就会使顶板因为受到破坏而跨落，而这我们也称之为顶板的初次来压。同时，如果上层顶板下沉量小于下层顶板的下沉量，就可以认为两者之间不会产生影响，而如果情况相反，那么则说明上层顶板所具有的重量会作用到下层顶板。在这种情况下，则需要在开展正常挑顶工作的同时在推进一定距离之后再强化人工挑顶力度，进行强制放顶。

2.1.2 放顶高度

人工强制放顶是通过爆破的方式强制切断顶板，使之充分冒落形成垫层，然后逐步削弱冒落情况下产生的冲击荷载以及顶板压力。一般来讲，采空区中矸石充填程度达到采空和放顶高度之和的二分之三，就可以达到预期效果。在实际施工中，主要通过下列公式来确定放顶高度：

H=2m/（3kp-2）

在上式中，H代表放顶高度，M代表采高，kp代表直接顶冒落岩石初始碎胀系数。通过相关数据的带入计算，即能够获得合理的打眼深度。

2.2 初次来压前矿压观测

2.2.1 顶板断裂前煤壁前方支承压力显现

当采面从切眼开始逐步向前推进时，当顶板悬漏面积达到一定跨度，就会出现挠曲以及下沉等现象，并因此使作用在煤壁前方的支撑压力得到了逐渐的提升，且上下巷距离煤壁不同点的顶板下沉速度也会逐渐加快。煤壁前方的顶板一般是最先断裂，使得支撑压力迅速向煤壁一侧收缩，上下平巷的顶板速度也随之升高，而随着顶板来压的出现，上下巷内两帮测压则会逐渐增大，片帮加剧，断面缩小。

2.2.2 顶板断裂前采面内矿压显现

回采工作面内从上道下帮开始，按照15m的间距设置一条测线，以实时观测初排、末排的矿压变化情况。一般情况下，初排下沉速度及支承压力小于末排。若顶板断裂，支承压力高峰向煤壁收缩，使得初排快速下沉，预示顶板即将来压。而后当末排的顶板下沉速度又大于初排时，表明已经出现了顶板来压现象。与此同时，采面煤壁压酥，打炮眼极易片帮，支柱阻力增大，支柱钻底，顶板开裂，裂纹方向与煤壁平行，导致夹沟或台阶下沉，且伴有巷道淋水现象。

2.2.3 顶板断裂前采空区悬顶状况

在对顶板煤层进行开采时，冒落顶板岩往往具有着不同的体积以及形状，而在老顶出现断裂情况之前，在支撑压力作用的影响下就会使岩石具有较为规则的特点。而在对老顶岩梁活动规律进行掌握的基础上，则可以通过对矿压数据进行观测的基础上对不同岩梁的活动情况进行分析，并在找到老顶梁断裂位置的基础上对矿压显现特征以及规律进行评判，进而更好地实现放顶结果的准确预测。

2.3 初次放顶顶板控制

2.3.1 直接顶控制

在初次放顶活动过程中，在面对直接顶时，需要以“限定变形”的准则进行实施，即保证老顶同直接顶之间不会出现范围较大的离层，并保证在控顶区中对直接顶的完整性做好保证，避免其出现台阶下沉的情况。之所以采取这种操作形式，首先是避免直接顶在发生破碎情况时由于回柱以及漏冒顶板出现伤人情况；其次则是避免老顶在来压情况时因为对直接顶产生一种冲击作用而使其出现切顶跨面的情况。对此，就需要从切眼推进环节就开始严格监测初排支柱初撑力，每次放顶回柱前必须对支柱给压，以提高支柱的支撑能力。而为了保障该项工作的效果，则需要在对支柱支设质量以及维修质量进行保障的基础上保证泵压压力始终处于15MPa以上、每班对初排支柱进行二次注液。支柱的支撑能力只有符合设计要求，才可以在“限定状态”下工作，使直接顶的状态由支架限力限定，把顶板下沉控制在支柱缩量和顶板允许弯曲值以内，不发生顶板破碎冒顶事故。

2.3.2 老顶控制

初次放顶时，直接顶初次垮落到老顶初次垮落阶段，不仅需要对直接顶做好管理工作，也需要严格监控老顶冒落情况，确保老顶能随着采面推进。在放顶过程中，当老顶跨度达到极限而出现下沉以及挠曲的现象，直接顶就会随之下沉。根据这种特征，在对矿井特点以及矿压规律进行把握的基础上，则需要对老顶来压情况做好预报以及预测工作。即在保证基本柱齐全、且确保其所具有的支撑能力能够满足要求的基础上，使好戗柱和采用软帮密集柱等特殊支护来提高支护强度，使支架在老顶“给定变形”的状况下能够更好的对自身作用进行发挥，避免出现大范围的工作面推垮事故，以此对老顶初次来压阶段进行安全的渡过。此外，当老顶断裂垮落后，作用于煤壁前方的支承压力高峰向深部转移，采面和上、下两道矿压显现减弱，采面进入正常管理阶段，初次放顶宣告结束。但是在该种情况下，依然需要对直接顶做好管理与控制，避免其局部出现冒顶事故。

2.4 切眼技术管理

所谓切眼，就是在煤层中对巷道进行开掘。在对切眼进行之后，则可能对煤岩原有的应力平衡状态进行破坏，岩体强度也可能随之出现降低的情况，且围岩也会在向着巷道空间移动的情况下逐渐形成一种围岩破裂带，则称之为围岩松动圈。对于该切眼松动圈来说，其在工作过程中往往会受到很多次来自支撑压力的影响，对此，在实际支护规格、材料强度以及支护设计方面，都需要将其标准制定的比一般煤巷要高，这对于顶板后期管理工作的开展具有着十分重要的意义。

3 12301采煤工作面初次放顶技术措施

3.1 情况介绍

12301工作面采用“三、四排”管理顶板，即最大控顶距4.2m，最小控顶距3.2m。从切眼边线开始，工作面推进8m，直接顶冒落高度达不到采高的1.5倍，倾斜长度超过工作面长度的三分之一时，必须进行强制放顶；推进15m直接顶冒落高度达不到采高的1.5倍，倾斜长度超过15m时，必须停止采煤进行强制放顶。工作面初放及正常推进过程中，悬顶超过2×5m2时必须采取加强支护措施，在切顶排内侧正规柱梁空档内每8m加一组丛柱，每组丛柱4棵单体配2根π型钢（1.2m）。悬顶距离悬顶距大于5m，倾斜长度超过15m时必须进行强制放顶；悬顶距大于8m，倾斜长度达到15m时必须停止采煤，进行强制放顶。强制放顶时，打眼前一定要检查瓦斯确认瓦斯不超1.0%时方可打眼，初茬强制放顶眼布置在人行道内老塘一侧一排支柱以里0.1m处，沿工作面倾斜方向在悬顶范围按1.2m间距打眼，工作面向前推进2个循环后再在人行道内按上述要求打第二茬放顶眼。随着工作面向前推采，回柱，每茬的放顶眼必须在人行道老塘侧支柱成为切顶排支柱回收前全部打完，回柱后把放顶眼全部装药放炮完毕，放顶后再出煤。

3.2 技术措施

3.2.1 技术措施

①打放顶眼时，使用风钻湿式打眼。人员在完好支架的保护下操作，严禁进入空顶区内，炮眼应选在顶板完整，无裂缝处。打眼时，发现顶板裂缝，掉毛，顶板下沉明显增大时，应停止打眼，并请示队长确定换位或撤出。打眼可以与回柱平行作业，并严格执行回柱点以上5m，以下8m范围内严禁有人的规定。

②放顶眼深3m，沿走向同顶板成75度角，每孔装药量4-5节，剩余部分用炮泥，水炮泥填实。正向装药，大串联拉炮，一次装药，一次拉炮，严禁一次装药，分次拉炮，躲炮半径大于100m，躲炮时间大于30min，严格执行“三人连锁”“一炮三检”及安监员准许放炮签字制度，放炮前后洒、水灭尘。放炮后由瓦检员、班组长、安监员、放顶小组成员现场观察工作面及顶板情况，确认无危险后，其他人员才能进入工作面，首先敲帮问顶，补齐被炮打倒、打歪的支柱，维护好顶板后，才准继续放炮。

③放顶眼每次定拉10炮，定炮连线时，专人观察顶板，发现拒爆眼时，按《煤矿安全规程》第341至342条规定，当班及时处理，不能交给下班。

④初次放顶工作必须经矿顶板管理领导小组验收合格后，方准停止。

3.2.2 操作流程

①出煤一茬支柱完毕，在人行道内老塘一侧一排支柱以里0.1m处打放顶眼。

②切顶排回柱，继续打放顶眼。

③出煤第二茬，继续打放顶眼。

④出煤第三茬，切顶排回柱前打完放顶眼。

⑤出完第三茬煤回柱后，把放顶眼，装药，连线，放炮。

⑥再出煤一茬，支柱后再在人行道内按上述要求打放顶眼，依次类推，直到采空区顶板全部垮落合格为止。

3.3 放顶效果

通过严格控制放顶技术措施，使12301工作面支架处的余煤得以有效回收，将煤矿回采率提高到了80%以上。并且初次放顶有效规避了老顶断裂、下沉等冒顶事故，保证了井下作业人员的生命安全，可以说同时满足了经济效益和作业安全两方面需求，建议将本文所述放顶措施逐步推广应用到更多回采工作面中。

4 结论

在采煤工作开展的过程中，工作面初次放顶是非常重要的一项工作，对于采煤效率、质量以及安全性都具有非常重要的影响。上文对采煤工作面初次放顶的技术管理方式进行了一定的分析与探究，具有一定的实际应用价值与意义。

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