1501采煤工作面初次放顶安全措施.doc
[摘 要]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。
[关键词]采煤工作面 初次放顶 技术管理
中图分类号：TD251.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）21-0028-01
1.引言
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。
2.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。
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。
3.初次放顶技术流程
3.1 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。
3.1.1 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；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。
3.1.2 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。
3.2 初次来压前矿压观测
3.2.1 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。
3.2.2 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。
3.2.3 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，进而更好地实现放頂结果的准确预测。
3.3 初次放顶顶板控制
3.3.1 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。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。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。
3.3.2 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。
3.4 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。
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，所以要加强初次放顶管理工作，避免顶板事故。
作者简介
孙亮（1982.04），男，工程师，大学本科，2004年毕业于黑龙江科技学院采矿工程专业，现工作于龙煤集团七台河矿业有限公司建设煤矿一采五区任技术副区长，主要从事井下采煤技术及管理工作。
