急倾斜煤层开采顶板管理

摘要：随着矿井生产水平不断往深部延伸，地层深处地质条件由简单到复杂，断层构造越来越多，矿井地压也显著增大，煤炭开采难度明显增大。文章通过分析急倾斜煤层的顶板管理特点，结合实际经验，介绍了适应急倾斜煤层开采的支架布置方式和采空区处理方法。

关键词：急倾斜；煤层开采；顶板管理

中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）12-0117-02

急倾斜煤层均由煤层倾角增大引起的，地质构造复杂，煤层赋存不稳定煤层由原水平状态经过多次地质变动，变成急倾斜煤层。急倾斜煤层开采的矿山压力的分布规律不清楚，急倾斜煤层开采的顶板管理复杂，顶板事故多。急倾斜煤层开采中，因其倾角大而给顶板管理造成很大困难，机械化采煤不适应，用非正规采煤方法，产量低，安全系数小，材料消耗大。所有这些都跟顶板有直接关系，特别是顶板破碎，对管理的要求更高。

1 急倾斜煤层开采顶板管理的主要特点

急倾斜煤层的构造复杂，断层和褶曲多，煤层厚度变化较大。煤质松软，层、节理非常发育，呈鱼鳞状，易片帮。

急倾斜煤层的倾角大于岩石安息角，采煤工作面采下的煤能自动下滑，从而简化了工作面的装运工作，但下滑的煤和矸石容易冲倒支架，砸伤人员。

急倾斜煤层和围岩的节理发育，初次来压和周期来压并不明显，易发生无预兆的大面积突然冒顶垮落，造成顶板事故。

急倾斜煤层顶板压力垂直作用于支架或煤柱上的分力比缓倾斜煤层小，而沿倾斜作用的分力大，煤层开采后，煤层顶、底板都有可能沿倾斜方向滑动垮落，支架稳定性差，易发生扭曲与倾倒。因而工作面支护工作的难度大。

急倾斜煤层的赋存条件普遍较差、储量少、开采困难、采煤工作面生产能力小。受经济和客观地质条件限制，难于采用先进的顶板管理方法。

急倾斜煤层采煤工作面行人、运料及操作等各工序均较困难。

急倾斜煤层机械化采煤一般比较困难，对顶板管理要求高。

2 急倾斜煤层顶板管理的支护方式

开采急倾斜煤层的多数矿井，由于煤层赋层条件差、矿井规模小、经济条件差，工作面支架多数采用木支架，少数采用金属支架。支架的布置方式主要取决于煤层直接顶的稳定程度、老顶来压强度和对直接顶的破坏程度以及底板的岩石性质和回采工艺等。在顶板管理中，大多采用以下支护方法：

2.1 带帽点柱支护

该支护适宜于顶板较完整、稳定的回采工作面。这是回采工作面普遍采用的基本支柱，根据顶底板岩石性质，一般分为矩形和三角形两种排列。采面基本支柱必须带帽，柱帽规格须与基本支柱和承压力相配套，松软底板一般要穿鞋，坚硬底板一般要设置柱窝，使支柱架设坚实稳固，并具有相应的初撑力。

2.2 棚子支护

该支护主要用于直接顶很不稳定，比较破碎或直接顶中等稳定的工作面。为保持直接顶的完整性，按方向的不同，当回采工作面顺着行进方向推进且平行于直接顶裂隙时，一般经常采用走向棚子支护。当直接顶的裂隙垂直工作面，通常采用倾向棚子支护。

2.3 木柱支撑法

这种方法一般产量比较低，坑木消耗量较大，支护强度比较小，不好回收，一般适用于顶板比较破碎、地质十分复杂的煤层。

2.4 金属支柱支撑法

这种方法操作难度大，回收麻烦而且危险系数大，劳动强度比较大，通常适用于坚硬顶板、地质比较简单的

煤层。

2.5 柔性掩护支架支撑法

这种方法产量高、安全可靠性高，缺点就是操作比较复杂，一般适用于坚硬顶板、地质比较简单的大储量

煤层。

要寻求比较合理的支架布置方式，关键在于要经常深入生产现场，对煤层顶底板岩石性质进行了解，研究其变化规律并掌握住，才能因地制宜，选择比较合理的支架布置方式，才能有效地保证安全生产，提高工作面的产量，降低相应的材料消耗。

3 急倾斜煤层顶板管理

3.1 急倾斜松软顶板管理

一般多采用锚、喷、网等联合支护，并辅以防片帮的措施，采用的防片帮措施主要有打护帮柱、锚杆、挂网支护等联合支护；由于松软顶板软且破碎，采用的支护方式以木柱和外注式液压支柱比较常见，用木柱支护煤层一般不能采用长壁采煤方法，主要以留煤柱为主，而采用外注式液压支柱支护则必须配合铰接顶梁或支柱配合金属网

支护。

3.2 急倾斜坚硬顶板管理

工作面急倾斜顶板管理通常采用垮落法，采用走向长壁后退式的采煤方法，顶板管理采用垮落式，其采空区满足放顶面积时采用强制放顶的方法，采后管理为沿空留巷方式。沿空留巷方式是采取上帮拉底，码石墙和人工挑顶，并采用液压支柱、木柱及顶底板打锚索，达到加强护帮效果，一般还在所留巷道内的上、下帮顶板打双排锚索（带钢带），以此加强顶板管理，所打的锚索必须打到老顶内，锚索强度必须达到相关安全规定。工作面上、下巷20m一般采用超前支护，一般采取木柱、外注式液压支柱、锚索（带钢带）、金属铰接顶梁支护等支护方法。为了预防大面积悬顶，采取的主要措施有强制放顶、加大切顶线切顶支护强度等。

防止冒顶的主要措施有：要掌握顶板压力分布及来压规律，采煤工作面冒顶事故大多数都发生在直接顶初次跨落、老顶初次来压和周期来压过程中。掘进巷道在布置及支架形式的选择上也要充分考虑压力的分布规律及顶板来压的大小，把巷道布置在压力降低区内。根据掘进工作面岩石的性质来严格控制空顶距。根据顶板特性及压力的大小采取合理、有效的支护形式控制顶板。当掘进工作面遇到断层、褶曲等地质构造破坏带或层理裂隙发育的岩层时，支架应紧靠掘进工作面。在地质破坏带或层理裂隙发育区掘进巷道时，要缩小棚距。在掘进工作面附近应采用拉条等把支架连成一体防止支架被推跨，必要时还要打中柱以抗击突然来压，并严格执行敲帮问顶制度。

另外，防冲矸的主要措施有：当老塘空旷（回风巷以下）沿斜长超过10米以上时，首先必须于回风巷的上帮打一排炮眼，炮眼间距一般为1.5～2米，然后装药爆破，把煤柱、矸石炸落并充填相应的空旷区。假如空旷区比较短，则一般只需留设一个滞后木垛，尾柱沿走向排数一般为2～4排，沿倾斜的长度一般按照参照空旷长度。

4 急倾斜煤层回采管理

4.1 急倾斜煤层回采工作面、通风与供电

急倾斜煤层的回采工作面倾角较大，一般都超过煤的下滑安息角，放完炮，煤就会自动下滑至下巷仓口，把煤装入矿车后，可以直接运至车场。急倾斜回采工作面的通风与供电跟缓倾斜工作面有所不同。由于其倾角较大，下巷要相应地留煤柱，运煤也从回采面切眼的下出口进行，因此需要从别的切眼的下出口和横川来完成回采工作面的通风与供电。回采工作面的通风安全主要是防止漏风，所以在各个切眼的上部跟上巷对透后，一般都做成活动阻风门，材料采用木板。回采工作面的供电一般是只需下巷的一个切眼、行人出口，并用活风门封好其他眼。

4.2 急倾斜煤层采空区处理

急倾斜煤层回采工作面的顶板压力主要是沿倾斜方向分力大，而垂直作用于支架或煤柱上的作用力小，一般顶底板大都冒落在回采工作沿倾斜上方的1/2处。顶板一般呈凸出式，没有任何信号突然冒落，冒落后的岩石沿着底板滑向采空区下部，并充填下部采空区。所以无特殊情况下，一般不撤回木顶柱，就可以保证回采工作面的顶板不冒落。通常情况下在回采有一定距离后，应沿倾斜方向留下一条煤柱，达到抵抗和减弱周期压的效果。一般还在周期压抵抗煤柱下方的切眼处留煤口来放煤。周期压会压垮煤柱一部分，并沿倾斜方向溜下来，所以在放煤时，看到石头溜下来，就要马上进行封眼，这是顶、底板已有冒落或鼓出的信号。一般采用两排圆木组成的密闭顶子来封堵切眼下口和其他眼。

5 结语

目前急倾斜煤层的开采还处于探索阶段，但依靠现有的经验方法对开采急倾斜煤层的顶板管理，还是行之有效的。因此，前述的顶板管理方法，对开采急倾斜煤层的煤矿具有一定的借鉴意义。

参考文献

[1] 张先尘.中国采煤学[M].北京：煤炭工业出版社，2003.

[2] 石平五.西部煤矿岩层控制泛述[J].矿山压力与顶板管理，2002.

作者简介：翁加洲（1974—），男，福建龙岩人，福建煤电股份有限公司培丰煤矿副矿长，技术负责人，采矿助理工程师，研究方向：采煤。