摘要：近年来，我国对煤矿资源的需求不断增加，煤矿井下开采越来越多。在煤矿井下开采中，矿山压力是重要的危害因素，特别是在一些地质情况复杂的矿井和大采深矿井，矿压危害更为突出，由此导致工作面顶板安全事故的易发和多发。因此，工作面顶板安全管理成为煤矿安全生产中的重点防控环节。
关键词：采煤工作面;顶板安全;事故预防
引言
我国作为煤炭资源较为丰富的国家，人们在日常生活当中会应用到煤炭资源，而且相关企业在发展过程当中也与煤炭资源息息相关。为了能够为社会的发展提供源源不断的煤炭资源，煤矿开采单位要对井下采煤工作予以足够的重视，根据煤矿所处的地理位置来对采煤工艺和技术进行合理的选择，保证采煤工作正常进行。
1工作面顶板分类
工作面顶板通常是指位于煤层上方的多个岩层层位，主要包括伪顶、直接顶以及老顶等。由于其空间层位关系各具特点，故通常可以按照其赋存特性进行如下的大致分类:(1)伪顶。组份常为炭质泥岩或泥质岩层，厚度在0．3～0．5m，一般随采掘工作面推进顺势发生掉落，允许暴露面积为5～8m2，暴露时间一般小于20min。(2)直接顶。位于煤层或伪顶的上部，由粉砂岩层、粉砂层与煤层互层、砂页岩层互层或是泥质粉砂岩层组成，厚度通常在3～10m不等或更厚。相比伪顶，具有一定的稳定性，常回采作业时掉落。(3)老顶。层位上位于直接顶上部，厚度一般大于2～5m，岩体完整性较好，节理裂隙不发育。老顶的初次来压步距一般为15～25m以上。对工作面初始压力和周期压力的显现规律是明显或强烈的。
2采煤工作面顶板事故的原因分析
直接顶与老顶的运动均可造成顶板坍塌，其根本原因在于矿山压力的作用。煤矿井下开采中，当煤层采出后，工作面上部岩层因失去支撑力使内部应力发生变化，使顶板岩层原有的应力平衡被打破，巨大的矿山压力就会直接传递至工作面顶板岩层及两帮。工作面采深越大，地质结构越复杂，则顶板压力越大。此时松散的伪顶会首先发生坍塌，直接顶和老顶也会因应力变化而发生一定程度的移动变形，当矿山压力及应力变化超过顶板所能承受的临界压力时，直接顶和老顶便会坍塌，引发煤矿冒顶事故。表现在回采工作面上下出口附近，来压尤其明显和剧烈，回采工作面中部顶板承压最大，下沉速度较快，在工作面推进初期来压及周期性来压时，如果没有采取及时有效的支护措施，则容易发生顶板坍塌。顶板坍塌还与工作面处的地质构造有很大关系，工作面在经过断层、裂隙等复杂地质构造带时，由于顶板岩层较为松散，稳定性较差，在开采扰动下更容易出现顶板坍塌。对此，应提前做好地质勘探，掌握断层情况，并做好过断层的相应准备措施。
3工作面顶板支护的安全技术措施
3.1科学确定工作面尺寸
在具体开采环节，在特定范围中将工作面尺寸扩大能够有助于提升煤矿开采效率的提升，并且还会将巷道掘进效率减小，从而有效提升煤矿企业的经济效益。
3.2合理设计工作面参数
设计工作面参数时，应尽量避开大型地质构造。当不可避开时，尽量使采煤工作面与煤层的裂隙发育方向垂直或者斜交。应说明采取特殊的支护方式，包括支护时间、支护距离等详细参数的设计，便于作业人员操作实施。在大型破碎带条件下，受顶板破碎程度影响，无法有效控制，应尝试为破碎顶板填筑胶结锚固材料，以防止破碎顶板掉落。依据详细的地质情况确定合理的巷道布置形式及参数，采煤工艺、采煤的高度及层位控制、采空区处理方法等。
3.3重视支护设计
首先，应根据工作面条件开展工作面支护强度计算。并进一步几何计算结果，进行支架选型，分别确定中间架和端头架的类型和数量，以及确定合理的超前支护方式。当底板较柔软，为了防止支柱底部钻底，确保支柱的初始支撑力，要给超前支护的单体支柱穿铁鞋。为了确定选用支架的合理性，应进行支架选型验算，验算通过方可选用，再确定支架控顶距等参数。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆另外特殊下的顶板管理也应做特殊处理，如初始压力及周期压力下的顶板管理:在最初开采工作面之前，必须按照规程的要求做好两巷的超前支护;在初期开采时，各有关部门应派专人到现场跟踪检查，严格控制支护和工程质量;在压力期内，应严格规范采煤高度，且不应超过1～1．2m，禁止超高采煤行为;必须确保泵站和支架的液压系统运行正常，没有漏油现象;加强端部和两巷的超前支护，确保安全畅通的出口;随采煤机的工作结束要及时拉出工作面支架，并保证支架前梁与顶板接触紧密，当顶板破碎或者煤壁严重片帮时，需在前滚筒割煤后立即拉架。过大型地质构造时的顶板管理(当工作面的断层间距大于2m时，采取特殊措施，其它过程按照规程要求实施):断层处的煤(岩)体破碎，很可能导致工作面的煤壁发生片帮，使支架的前部发生冒顶。因此，有必要加强过断层时的顶板管理。工作面发生拉槽或冒顶事故时的顶板管理:如有必要，为防止冒顶范围扩大，可超前拉出支架，或给煤壁上平行于工作面的支柱戴上帽点柱;在拉槽或者冒顶部位，首先在煤帮把梁窝挖好，根据拉槽或者冒顶长度，可采取平行于工作面的方式错开支设3．0m长的木梁，然后采取垂直于煤壁的方式，用棚板在木梁上勾顶，其中一侧应架在木梁上，而另一侧应固定在梁前缘，等到支架被拉出，支架能挑住木梁后再回收单体支柱;假如片帮情况严重或者顶板破碎时，当在煤层切割以前进行超前拉架;超前拉架时，若端面距大于标准，必须采取煤帮平行于工作面的形式布置3．0m大梁，形成一梁二柱支设方式。
3.4煤矿井下采煤工艺地选择研究
由上文分析可知，现阶段针对煤矿井下采煤工作主要有四种工艺，它们适用对象与优点各有不同，在这种情况下为了提升采煤效率和质量，企业就必须根据煤矿井下实际情况进行选择。首先，普通机械化采煤工艺优点在于成本较低，可以很好地控制破煤、采煤与装煤等工序作业效率，因而它通常应用在一些地形条件不复杂且煤炭质量较低的煤矿井下开采中。其次，综合机械化采煤工艺优点在于井下开采效率高、能耗较低以及保证作业安全，其通常应用在煤层较为稳定、顶板条件良好的煤矿井下开采。再次，连续采煤机工艺优点在于成本比较低以及安全性高，由于该工艺对于煤矿地质要求偏高，它不仅要煤层深度和厚度适中，并且煤层结构还必须简单，因而它通常应用在大型煤矿井下开采中。最后，爆破采煤工艺优点在于技术与设备投入低、操作简便、容易管理以及适应性强，它通常应用在地质结构复杂的煤矿开采中。
3.5将工作面巷道的尺寸与支护方式进行确定
当前，科技不断进度，煤矿开采技术也随之得到有效提升，在现代煤矿企业开采作业中运用大功率、高科技的运输设备、支护设备、掘进设备以及开采设备可以逐步增加工作面的产量。不但增加回采巷道尺寸，而且还会导致回采巷道支护难度变大，在此种情况下，由于锚杆支护具备经济性与及时性等有点，所以通常采取的是锚杆支护技术。
3.6提高支护质量的措施
验收员要按照综采工作面工程质量验收单要求对每个生产类别进行验收，并将监测结果进行认真记录。区队长应根据验收单所反映的现场情况实施动态管理;要求每次的监测内容有:工作面区域包括支架初始支撑力、煤壁片帮情况、端面距大小、采矿高度和支架前部顶板的冒落情况;两巷区域包括单体支柱初始支撑力、超前支护情况等。
结语
综上所述，采煤工艺在煤矿开采过程当中是十分重要的，为了能够保证开采工作正常进行，开采单位应该对煤矿所处的地理环境和煤层条件进行充分的分析。顶板事故的发生和特性有一定规律可循。矿山生产应依据上述步骤及内容开展工作面顶板管理工作，对于降低冒顶、片帮等安全事故风险具有极为重要的作用。根据实际的情况来对煤矿井下采煤工艺进行科学合理的选择，这样不仅能够提高开采工作的质量和效率，而且还能够为企业带来一定的经济效益，对社会的发展起到一定的促进作用。
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论文作者:王志刚
论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期
论文发表时间:2020/4/30
标签：工作面论文; 顶板论文; 煤矿论文; 井下论文; 煤层论文; 支架论文; 岩层论文; 《基层建设》2020年第2期论文;