浅谈过地质构造时采煤工作面的顶板支护

胡志远

摘 要：在地质构造不同的条件下，顶板岩层的状态和性质对开采煤矿的安全产生较大影响，特别是遇到陷落柱、节理和遇断层等复杂地质构造时，加强工作面的顶板支护，对采煤过程中的安全管理问题尤为重要。本文通过对工作面顶板支护技术和地质构造的现状加以分析，探讨如何有效保障工作面顶板支护安全。

关键词：顶板支护；采煤工作面；地质构造过断层

中图分类号：TD823 文献标识码：A

在开采煤矿的过程中时常会出现冒顶事故，该事故对采煤工作面的影响较大，是安全生产的极大隐患。随着采煤工作面的不断变化（向前、移动、加深）情况，顶板条件和压力也会随着地质结构的变化发生变化，工作面的状态一直是动态循环状态，在遇到陷落柱、节理、遇断层等复杂构造时，顶板发生的变化更为剧烈，所以，在采煤过程中，顶板的支护尤为重要。顶板的支护不仅能保证施工人员的人身安全，还能根据不同地质条件的变动，最大程度地保障开采工作安全，提高开采效率。

一、遇过断层情况

遇到过断层之前，煤层表面通常会出现一些前兆。例如工作面倾斜、煤层节理面增多及煤层走向改变等。这些现象对工作面上下板棚会产生破坏性影响。使煤层煤量减少、煤质变软，煤层层理不清，光泽变暗，还会发生瓦斯流出等严重情况。

1.过断层：（1） 绕过断层方法。绕过断层方法通常在断层过大的工作面中较为常用。因其断层落差大，影响范围也随之变大，所以必须明确断层范围及区域，绕过断层区域挖掘新的采煤切口。采煤过程中遇到断层区域，应立即停止采煤操作，重新寻找采煤切口再进行开采，确保安全施工，同时提高煤矿资源的开采效率。（2）硬过断层方法。硬过断层方法通常在断层较小的工作面中较为常用。断层工作面处的煤质通常较松软，再加上大量浇水等原因，极易发生冒顶事故。为了避免事故发生，我们通常会采用硬过断层方法，这样可以有效避免冒顶事故，保证采煤施工安全性。

2.单体支柱工作面遇硬过断层方法。单体支柱工作面遇过断层时，应确定采煤面与断层角度。当断层与工作面煤壁角度较小时，破碎范围就越广，对顶棚维护的难度越大。情况允许的条件下，应对煤采煤面与断层角度进行适当调整。顶棚稳定时，应保持在25°～35°范围内，顶棚不稳定时，应保持在35°～45°范围内。缩短工作面断层距离，在过断层之后，再对切口进行填平复原。在顶板支护完好无损的情况下，断层位置较低时，不需要对过断层采取特殊措施。在采煤过程中，会存在倾斜开采的情况，这时可以通过调整断层来设置开采高度。硬过断层时，断层工作面处的煤质通常较松软，导致机器设备难以输送进去。这时应增加顶板厚度及支撑力，进行挑顶处理，保证顶板坡度可以缓慢变化，从而确保安全性。

断层较小时，顶板支护主要有以下几种方式：（1）带帽点柱。带帽点柱通常用在断层落差较小、顶板及断层面较为平整的采煤工作面。（2）木垛。木垛较适用于断层区域岩石破碎较为严重及顶板压力较大的情况下。木垛通常会设置在采煤工作面两侧及断层暴露较多的区域。（3）横板棚。工作面顶板较为破碎的情况下，可采用横板棚进行支护。横板棚间的距离应保持一定间距，在顶板压力较大的情况下，可根据实际情况对横板棚进行适当调整，确保可以安全支护。卧底过断层如顶煤煤质比较松软，可以先打前拖梁，再以从下向上的方式钉木垛。遇过断层时，打孔应尽量不要太深，并在周围设置小炮，在断层周围区域禁止置防大炮。在置顶时合理计算距离，尽量一次性全部收回支架。

二、过陷落柱

由于岩石坍塌形成的细小碎石称之为陷落柱。采煤过程遇陷落柱情况时，工作面煤质会被细小碎石覆盖，这种情况又叫无煤柱现象。由于陷落柱周围顶板破碎程度相对较大，这种情况下极易引发冒顶事故。

过陷落柱与过断层的前兆及现象反应基本相同。不同之处是陷落柱呈锯齿形状，相对于过断层，陷落柱边缘较为凹凸不平，其物质主要是各种碎石，断层附近则基本都是岩石物质。陷落柱范围較大时，应采用探巷法对范围进行探测，另外开采切口，避开陷落柱区域。陷落柱范围较小时，应明确破碎具体区域，根据岩石破碎严重程度，采取有效的补救措施。陷落柱岩石破碎较为严重时，可采取横板棚支护方式，棚距控制在0.5m以下的范围，避免造成顶板暴露的现象。在过陷落柱时，岩石和陷落柱的边缘应架置木垛来配合支撑。过陷落柱应由专业技术人员操作，提前进行大眼放炮，做好准备工作推进工作进度，防止破坏支撑柱梁，使开采工作能正常运行。

三、采煤工作面过冲刷带

在开采煤矿时，覆盖元煤层的物质被水质冲刷掉，经过长时间累积沉淀，在煤层表面会形成一层新棚，即为冲刷带。在遇到冲刷带之前通常会有明显的预兆，例如煤层厚度大面积变薄或变松软，冲刷带附近区域煤层受水侵蚀发生岩石风化，煤层疏松变薄变脆，孔隙扩大。在采煤工作面中遇到冲刷带的范围较大。由于冲刷带煤层变薄、变脆或直接破碎，离层后容易产生离层垮塌的现象。因此对顶板需采取必要的支撑措施才能避免不良现象的发生。工作面在遇到冲刷带时，必须对顶板实施大面积支撑置架。防止顶板垮塌和冒顶事故。对冲刷带周围区域，应加大保护措施并增加保护装置，进一步预防冒顶事故的发生。

过冲刷带时，应调整冲刷带顶棚距离，缩小至最短距离，并及时维护冲刷带区域的支架及顶棚。增加木垛和支架的架置数量，在采高较大的情况下，应打戗柱或架设戗棚。

四、采煤工作面过节理

节理是指断裂面两侧岩石断裂的构造，又称裂隙。其结构形式较为规律，在开采岩石中，通常会以节理地质构造优先进行开采。

五、顶板分类

由于顶板事故的频发，会经常出现岩石脱落现象，再加上开采人员的工作疏忽，甚至会使采煤工作面大范围冒顶。该现象频发的主要原因为煤层上有很多不同压力不同性质的岩石，也就是煤层顶板。从上至下分为（老顶-直接顶-伪顶，见表1）。老顶由坚硬岩石所组成，直接顶由砂质泥岩所组成，两者都具备相对的稳定性，在遇到节理、断层等地质构造时，顶板支护实施最佳的支护方式，顶板支护的效果好坏，直接影响事故的发生概率和频率。伪顶则是由松软的岩石所组成，其岩层非常薄，会随着开采而脱落，影响采煤质量。

六、顶板支护的类型

在开采过程中，常遇到倾向和走向出现变化的情况，煤层松软失去光泽，并时常出现岩溶和崩塌作用形成的岩石堆积体等等现象。对顶板进行适当支护才能确保煤层开采安全施工。不同的地理环境和地质构造，支护的方式也相应不同。支架和支柱的建立和使用，都是在开采实践中，通过对岩层压力计算得来。

1.端头顶板支护。在基础支护上，多人配合将机头机尾支架拉移，工作面与端头支柱的推进保持一致，木柱帽方向与巷道方向保持垂直。

2.侧顶板支护。侧顶板支护通常采用双排支柱的方式，在配合后排支柱的同时，使支架水平方向与支架高度保持一致。在回撤支柱时，操作人员必须保持安全距离进行回撤，按照先支后回的原则，用专业工具将侧面支柱取出，然后把回撤支柱按标准支好，为了确保操作人员安全，应先把支柱移出再进行移架。

结语

在全面提倡安全施工的今天，煤矿开采属于危险系数极高的行业，应更加注意开采工作的安全问题。顶板支护是防止事故发生的重要措施，在开采工作中重视顶板支护技术，重点发展顶板支护技术，坚持安全生产原则，能更好地促进开采行业的可持续发展。

参考文献

[1]李普桥.采煤工作面顶板管理探讨[J].民营科技，2013（6）：17.

[2]颜景玉，潘永清.浅谈过地质构造时采煤工作面顶板支护[J].山东煤炭科技，2012（4）：228-230.