文/曹晓鹏

综采放顶煤工作面顶板管理及安全措施

文/曹晓鹏

近年来，放顶煤采煤方法在煤矿得到广泛应用，对提高全国煤炭产量发挥了重要作用。但有些煤矿对放顶煤开采工艺的特殊要求认识不足，未能严格执行放顶煤开采安全管理的有关规定，特别是顶板管理方面存在重大安全隐患，严重威胁矿井的安全生产，甚至发生了重大事故。本文从阳泉市燕龛煤炭有限责任公司程庄煤矿15302工作面的实际情况出发，对放顶煤工作面顶板管理进行了研究,阐述了放顶煤工作面顶板管理的特点和方法。

一、工作面概况

程庄煤矿位于阳泉市郊区河底镇程庄村，井田面积8.9476平方公里，保有储量11467.8万吨，可采储量5999.7万吨，可采煤层3#、8#、9#、12#、15#，先主采煤层9#、15#。

地质资料显示，15#煤层赋存角度2°～13°，煤层厚度6.5～8.65m，平均厚度7.38m，底煤开采厚度2.8m，放顶煤高度为4.58m，采放比为1∶1.64。无煤(岩)和瓦斯(二氧化碳)突出危险性，顶板冒放性较好，水文条件属中等，符合放顶煤开采的相关规定。

放顶煤工作面回采率为底煤95%、顶煤80%，采用综采放顶煤回采工艺。根据设计，15302工作面采用ZF4400-17/30型放顶煤液压支架支护顶板，过渡架为ZFG4800-19/32型液压支架，顺槽超前支护采用DW31.5-250/100型单体液压支柱配φ20cm×5m木板梁联合支护。

二、综采工作面顶煤冒放性分析

开采深度。实践表明，顶煤冒放性随着开采深度的增大而加强。当开采深度小于100m时，顶煤冒放性差；当开采深度大于 400m时，顶煤易于冒落。程庄煤矿15#煤层平均埋深380m左右，从开采深度看，顶煤冒放性为中等。

煤层强度。煤层强度是影响顶煤冒放性的关键因素。数据显示，井田15#煤硬度系数在2～4左右，其自然状态下抗压强度小于20MPa，按此推论15#煤冒放性较好。

煤层厚度。一次采出的煤层厚度以5～12m为宜。顶煤厚度太小，易发生超前冒顶，含矸率增大；顶煤厚度过大，破坏不充分，采出率低。15#煤煤层厚度6.5～8.65m，较适合放顶煤开采。

煤层结构。15#煤层为炭质泥岩，结构较简单，故对顶煤冒放性不会产生较大的影响。

顶煤节理裂隙。顶煤节理裂隙发育程度直接影响到顶煤的冒放性，节理裂隙发育的煤层，顶煤在支承压力的作用下易于破碎，节理裂隙越发育，顶煤的冒放性就越好，就越易于放出。15#煤层节理、裂隙发育中等，不需要对顶煤采取软化措施，有利于顶煤冒放性。

顶板条件。影响煤层冒放性的煤层顶板包含直接顶和老顶两部分。直接顶对顶煤的压裂无直接影响，但直接顶能够随采随冒并具有一定厚度是放顶煤开采顶煤破碎冒落后能够顺利放出的基本条件，否则不利于顶煤的回收。结合程庄煤矿实际生产经验，15#煤层直接顶初次垮落步距15m，老顶板初次来压步距20～30m，周期来压步距15～20m。煤层顶板随采随冒,顶板冒落后填满采空区，冒放性较好。

三、工作面顶煤冒放性评价

根据顶煤冒放性评价步骤，结合采场条件，按采深与煤层强度之比值与隶属度值、直接顶岩性与隶属度值、老顶级别与隶属度值、采放比与隶属度值、煤层节理裂隙间距与隶属度值、夹矸层厚度与隶属度值、夹矸层强度与隶属度值等，计算出工作面采区顶煤冒放性隶属度值。

计算公式：μ=ΣAi×μi

式中∶μ—顶煤整体冒放性隶属度值，其标准详见表1。

Ai—各影响因素的权重，其取值详见表2。

μi—各影响因素的隶属度值，其取值详见表3。

表1 顶煤整体冒放性分类表

表2 顶煤冒放性各影响因素权重分配表

表3 顶煤冒放性各影响因素的隶属度取值表

μ=0.85×0.23+0.8×0.12+0.6× 0.1+0.85×0.14+0.85×0.14+0.8× 0.12+0.8×0.15=0.81

根据上列公式结果，程庄煤矿15302综采工作面顶煤冒放性属“中等”。

四、顶板支护设计和顶板来压安全措施

1.工作面支护

15302综采工作面设计采用121架ZF4400-17/30型放顶煤液压支架和6架ZFG4800-19/32型过渡支架（实现了工作面中间支架与端头台棚支护的过渡）联合支护顶板，共127架。支架的中心距为1.5m，工作面最大控顶距4.9m，最小控顶距4.3m。

2.两顺槽超前支护

两顺槽超前维护距离为20m。在进风顺槽靠煤溜侧支设一趟抬棚超前工作面20m，1梁4柱；若巷道压力增大、变形严重时，必须保证为1梁5柱或6柱。超前支护要依据现场实际，支打3～5路抬棚，柱为单体柱。超前支护必须严格按照要求打好、打牢支柱，并成一条直线。所有支柱必须使用规格柱帽，且超前支护工作不能与同一地点其他工作平行作业。

3.端头支护

工作面上、下端头各设两架过渡架管理顶板，前、后溜机头（尾）用四趟交错过溜抬棚维护，两溜中间支设单体柱四排，1梁4柱。若巷道压力增大、变形严重时，可增加单体柱数量，变为1梁5柱或6柱。

4.初次和周期来压安全措施

根据分析可知，15302综采工作面顶煤垮落程度较好。

（1）初次来压。初次来压时，程庄煤矿成立初次放顶领导小组。带班班长对工作面上、下顺槽支护及顶板动态情况进行巡检，每2小时检查一次，发现异常及时汇报并进行处理。

（2）周期来压。周期来压前，必须保证两巷超前支护质量达规程要求，班长及验收员必须进行巡回检查，发现有不符合要求的支柱立即重新支设，并严格执行顶板管理的有关规定。

（3）顶板压力观测。为准确掌握回采工作面液压支架阻力、老顶初次来压、周期来压等相关数据，程庄煤矿在工作面顺槽超前及端头设置检测站，用压力检测仪进行观测。采取动态分析、专人负责，当发现矿压显现异常时，及时向生产技术科和队值班室汇报，并协助采取相应处理措施。

五、结语

顶板管理是煤炭生产中非常重要的一项基础工作，不仅关系到煤矿安全状况，同时关系到煤矿生产经济效益的提升。加强顶板管理，减少顶板事故，是保证安全生产的一项重要内容。

（作者单位：山西省阳泉市燕龛煤炭有限责任公司）

（责任编辑：周琼）