牛栏山煤矿极薄煤层开采的顶板管理办法

■俞 智 ■福建煤电股份有限公司永定分公司生技办，福建 龙岩 364000

牛栏山煤矿目前主要可采煤层为 3#、7#、10#、15#、22#、23#、28#煤层，煤层厚度在0.38－0.80m，煤层倾角为，局部属于急倾斜煤层开采。长期以来，矿井主要采用了以顺槽斜坡短壁推采为主的采煤方法，因此，在顺槽斜坡短壁推采采煤方法中，就如何做好极薄煤层工作面采空区顶板管理，保证回采过程中安全生产，成了矿井工程技术人员研究的课题。

1 回采巷道布置

煤层的准备巷道施工到矿井边界或煤层压薄带后，在迎头退出15－25m出来布置回采小眼，坡度均控制在22°左右。当煤层走向不长时，回采小眼采用“Z”字型布置，伪倾施工到上部采空区;其它的回采小眼一般直接往石门方向伪倾施工到上风巷或上部采空区或隔水煤柱，再根据倾向上一次的采高来布置分斜坡眼开口的间距，逐条从上往下布置施工回采。

2 开采存在的不安全因素

开采过程中，急薄煤层从开采技术、安全方面都具有独自的特点，主要表现在以下几点:

2.1 采空区窜矸

顶、底板作用力主要表现为对煤层侧压，垂直作用力分布相对较小，在顶底板管理上，上一道分斜坡回采后，冒落的矸石覆盖在下一道煤层上，回采下一道时，矸石容易窜入工作面，不但影响了煤的含矸率，而且容易造成伤人。

2.2 顶煤突出和挂顶煤

顶煤突出即指的是放顶后出现不规则的突出表面;挂顶煤指爆破后无法按要求预计的爆破高度进行爆破的。在炮眼布置深度控制不好时，装药爆破不合理时，容易出现煤柱表面不规则及挂顶煤出现，在工作面煤出完后，突出的顶煤会随采动再次垮落，而挂顶煤没办法进行二次爆破回采，工人在存在侥幸心理时，偷偷进入采空区扒煤或作业，不利于安全管理。

2.3 其它不安因素

(1)影响操作安全。煤采完后，采空区采用自然垮落法，人员禁止进入采空区进行出煤，迎头采取设置防护柱后，人员出煤站在防护柱外小眼迎头内，与采空区间距只有1－3m，特别在急倾斜薄煤层开采中受煤层厚度影响，操作空间更小，有限的空间容易影响人的安全操作。

(2)块煤易冲入工作面。煤层开采均采用了单排眼或双排眼进行布置炮眼，通过一次性放全高进行采煤，采下的煤靠自重下滑，虽简化了工作面的装运工作，但在出煤过程中，特别在处理块煤时，会存在块煤冲出，在防护柱设不到位时，容易砸人和冲倒支架、影响安全。

3 问题的提出及管理对策

根据炮采不安全因素，工作面主要解决的是:留设煤柱时减少顶煤的突出及挂顶煤的出现;无煤柱留设时采空区矸石的隔离工作及作业过程中的自身防护工作。针对留设煤柱时减少顶煤的突出及挂顶煤出现，采取对留设的煤柱进行光面爆破;针对无留设煤柱采空区防窜矸时，采用制设坚固的人工假顶达到防窜矸工作及作业过程架设窜矸(块煤)的防护柱。

3.1 煤柱光面爆破做法

对爆破主体煤层，根据煤层采高分几个层面进行布眼，使孔底落在同一个平面上;装药时，采用不同段雷管控制时间差分次爆破，利用第一次爆破后形成的新自由面来控制需留设煤柱爆破效果，主要是改变炸药爆炸的最小抵抗线，使煤第二次爆破煤层沿下方抛落，形成表面光滑，减少了顶煤突出，按预计的高度进行爆破，防止挂顶煤出现。

3.2 架设防护柱要点

在缓倾煤层开采中采用斜坡短壁推采或正规长壁推采，人员作业时位于煤壁的后方，控顶距一般在3到4m，操作空间大，利于人员躲避煤壁片邦、采面出煤中块煤垮滚落伤人及退路畅通等;而在开采急倾斜煤层中，采用斜坡中深孔采煤，作业过程中，人员操作只能位于煤壁下方，由于采空区采用了全部垮落法，无法进行控顶管理，人员活动的前后空间只能是迎头2到3m的小眼长度，而左右空间受到煤层厚度、小眼宽度影响，人员容易受到煤壁片邦、特别是出煤过程中块煤滚落冲入小眼，砸伤人员，堵塞退路等。

(1)全煤架棚的小眼断面的高度一般为1.8m，宽度为2.0m到2.2m，架柱小眼断面宽以煤厚为准，高度为小眼的采高。

(2)搭设防护柱材料应根据小眼断面选择四到六根，长度为2.0m的坑木直径不小于14cm的直圆木。

(3)设置防护柱时，先把迎头设置地点的支架(柱)采用横撑、马钩钉等加固好，防止出煤或放炮时，直接把防护柱冲倒。

(4)架设防护柱采用高于小眼底0.5m处横放二到三根柱子，出煤侧并排竖放2根柱子，高度、宽度视小眼断面而定，扒煤口的断面为小眼断面三分之一。

4 应注意事项

4.1 煤柱光面爆破

(1)根据回采高度，必须计算出两条分斜坡眼开口的位置，在施工时，坡度必须取相同的值;(2)每层炮眼深度必须一致，孔底必须落在同一面上，使留设的煤柱厚度均匀、准确;(3)控制好装药量，采取使用雷管不同段号且爆破时间微差较大的雷管，原则上段数差越大越好。

4.2 制设人工假顶

(1)制设人工假顶时，应根据不同的采煤工作面实际开采技术条件选择合理的技术参数;(2)一般只适用于煤厚在2.0m以下、顶板中等稳定的急倾斜煤层。当煤厚超过2.0m以上时底架设梁柱易出现拆柱，效果不太理想，此外煤层顶极为破碎、随爆随落时也不适用;(3)为加强底梁柱的支撑强度，减少底梁柱的断柱及掉柱或上采空冒落后直接冲击底梁现象，在架设底梁上约0.5m位置同时架设密柱或丛柱。同时，加强三角带的支护管理。

4.3 架设防护柱

(1)工作面在放炮前，必须先把防护柱架设好，根据爆落高度、小眼施工的倾角可以在迎头段增设二到三道防护柱;(2)防护柱必须要用铁线绑紧，防止被冲倒，增设防护柱后，人员出煤必须站在防护柱的一侧;(3)出煤时，作业人员必须经常检查防护柱的牢固程度，并使用长柄三角扒作业，人员严禁进入防护以内的采空区作业。

5 结语

通过矿井在倾(急倾)斜煤层开采过程中的不断试验与应用，采用煤柱留设时光面爆破后，可以对减少爆破后对煤柱破坏、顶煤突出和挂顶煤的出现，解决了出煤过程中块煤垮落和工人进入采空区扒煤的现象;在采用竹篱笆隔离采空区进行防窜矸时，不仅有利提高煤层的回收率，减少煤层的含矸率;出煤过程中，迎头坚持使用防护柱，有利于防止矸石或块煤冲出伤人、堵塞小眼造成关人等事故，在安全生产方面起得了很大成效。

［1］徐永圻.煤矿开采学.中国矿业大学出版社，2008.