景福煤矿放顶煤开采顶板管理技术措施分析

段春阳

（山西华阳集团新能股份有限公司，山西 阳泉 045000）

景福煤矿150503放顶煤工作面位于矿井井田新区中西部，西部为井田边界（邻矿博大京鲁煤矿），南部为未采区域，东部为阳泉上社二景和二景和谐煤矿，北部为F3断层。15号煤层工业资源/储量为3 505.6万t，设计资源/储量为2983万t，设计可采资源/储量为1 743.97万t。在过去的开采过程中，发现工作面的冒顶发生次数较多，严重威胁到工人的生命安全。为了保证工作面的安全开采，设计了一系列的顶板管理技术措施[1-3]。

1 正常情况下顶板管理技术措施分析

1.1 坚硬顶板管理

直接顶类别为2类（中等稳定），老顶520＜Pmo≤620，属于Ⅱ级，则150503工作面采空区顶板易垮落。根据150503工作面地质条件及邻近已采工作面老顶来压情况，确定本工作面顶板来压步距如下：直接顶初次垮落步距为12～22 m，老顶初次垮落步距为35～45 m，老顶周期来压步距为18～25 m。

根据150503工作面地质条件及相邻已采工作面顶板跨落状况，工作面顶板不属于坚硬顶板，初采期间采取顶板预裂措施后，无需强制放顶。采空区顶板悬顶面积过大，也会给安全生产带来极大隐患。为了预防这种情况，在150503工作面采取顶板预裂措施。顶板预裂爆破方案如下：工作面共布置钻孔25个，钻孔垂直工作面切眼布置，钻孔长度为30 m，仰角60°，钻孔采用直径为56 mm 的钻头进行钻进，钻孔方向与150503工作面推进方向一致。

1.2 回采巷道和工作面顶板管理

工作面采用放顶煤液压支架支护顶板，其中工作面两端头分别安设型号为ZFG6500/18/30端头液压支架共6组（端头、端尾各3组），型号为ZF5000/17/28中间架一共布置137组。支架工作阻力可满足顶板压力要求。

工作面顺槽超前支护方式采用DW3.5-200/100型单体支柱加4.2 m大板配合4.2 mπ型梁棚联合支护，且支护距离不少于30 m。若遇顶板异常，视实际情况确定。端头排头架外帮使用迈步抬棚管理顶板，距排头架外帮0.2～0.5 m，平行巷道方向布置，π型钢长度为4.2 m，单体柱打设方式为“一梁三柱”，棚距0.1～0.2 m，单体柱间距分别为（2±0.2）m、（3.5±0.2）m。当排头架（部分或全部）在巷道内，现场空间不足无法打设迈步抬棚的改用点柱。

工作面端头、尾支架外帮留有约2.0～3.0 m的空档，端尾支架外帮空档采用大板控顶。当端尾支架外帮空档超过1.6 m、低于2.0 m时，采用两端大板控顶；端尾支架外帮超过2.4 m时，采用三端大板棚管理。端头支架外帮空档采用大板棚管理。

1.3 机头（尾）三角区顶板管理

两三角区与工作面平行方向各采用3组ZFG6500/18/30型排头架进行顶板支护。割煤后要及时打出伸缩梁、逼帮板护顶、帮，移架时严防倒架、垛架。每进一个循环后在端头、端尾各联一趟1×8 m2金属网，排头（尾）三组架各上一块4 m半圆木形成假顶。顶板破碎煤墙松软时根据现场情况适当加长联网长度，上大板加强顶板支护强度。联网操作顺序：停机闭锁前溜→支护好联网空间→挂网→联网→吊网，保证采煤机通行空间。

安全出口要随时进行清理，确保畅通。转载机外的列车拖移电缆要每班向超前支护外拖移，将弯曲段移动至超前维护外5 m，确保人行道净宽不小于0.8 m，净高不小于1.8 m，人员进出方便。端头、尾三角区里帮锚杆卸压后，要及时将煤墙逼好，作为禁区管理，防止人员误入或片帮煤伤人。

1.4 两巷老塘垮落管理

皮带、轨道顺槽的顶板破碎区域需要采用单体液压支柱和π型梁棚支护，并要加强对顶板的维护工作，维护时采用半圆或道木。在进行施工时，需要严格遵守煤矿安全规程，对巷道的矿山压力进行观测。在矿山压力出现明显显现的区域进行维护，主要是采用单体液压支柱进行加强支护。与此同时，在周期性来压期间，应该加强对顶板的管理，并做好预报工作。

皮顺巷道排头1#架尾梁末端往后老塘悬顶长度不超过4 m，轨顺巷道排尾1#架尾梁末端往后老塘悬顶长度不超过2 m。为防止老塘不及时垮落，采取退锚索、退巷道顶部外帮侧3个锚杆螺丝和外帮上顶角锚杆丝措施，保证老塘随采随落。

退锚位置和数量可视现场顶板压力和垮落情况适当进行调整。老塘悬顶长度超过标准必须停机进行处理。主要处理措施[4]：（1）锚索头炸开等客观原因无法正常退锚的，保证人员的安全下进行刺松托盘上顶煤，使锚索失效；（2）已退锚的，用绞车拉钢带进行放顶，人员要站在安全区域进行作业。如果采空区顶板不能及时垮落，要采用编织袋装煤进行充填，充填时不得砌墙，要实心充填。老塘中不得遗留任何铁器、杂物。回采过程中，根据顶板垮落情况，适当调整退锚索、锚杆螺丝数量，确保既满足顶板垮落需要，又能保证顶板支护强度。采取退锚杆螺丝放顶时，顶角锚杆螺丝不受外界影响时必须退掉。如果采空区小面积未垮落时采用填充的方法管理老塘。如果采空区顶板大面积不能及时垮落，要停止生产，制定专项放顶措施。

2 特殊情况下顶板管理分析

2.1 松软带、破碎带顶板管理

在距离松软带、破碎带50 m的区域，需要对液压支架的液压系统进行全面检查，保证支架能处于正常工作状态。与此同时，还应该提前准备所需要的材料，例如单体液压支柱、木材以及铁锹等工具。检查煤矿工作面的排水沟是否发生堵塞，保证工作面的排水顺畅。为了保证生产的安全性，在这个区域还应该降低工作面的采高，改变液压支架的移架方式。在移架后，应该保证支架接顶严实，保证支架具有足够的初始支撑力。

在通过工作面顶板破碎区域时，需要对液压支架进行提前升前梁。在支架的支撑力不能满足要求时，不再进行液压支架升架操作，要保证液压支架整体的平直。在出现煤壁片帮时，需要进行提前移架，使液压支架顶住煤壁，避免出现大规模片帮。若液压支架顶住煤壁后仍出现片帮，需要采用单体柱和道木进行顶住，以免出现片帮加深的情况。

2.2 地质构造区顶板管理

工作面范围内有JX12、JX14 陷落柱存在，巷道布置时先用震动炮进行松动，直接掘进机掘进；回采时先用震动炮进行松动，直接采煤机进行回采。

根据矿方提供的地质勘探资料显示：150503工作面内部及周边范围内发育的地质构造有MF14号断层、MF25号断层、MF39号断层、MF41号断层、MF42号断层和MF43号断层。

工作面过断层期间，现场备足过断层的物资材料（如金属网、方木、小料等），在工作面敷设2路供风管路供风钻打眼，在运输巷形成1路压风管路供风镐破矸。工作面现场必须备足大板、小料、金属网等材料，以备支护顶板用。

在工作面过断层期间，应该加强施工管理。要检查液压支架的液压系统，以保证能提供稳定的初始支撑力，与此同时，泵站的压力不低于30 MPa。在工作面运行期间，应该保证两巷的支护状态良好，液压支架不出现咬架、压架以及欠底等问题[5]，且液压支架的高度不能超过两侧护板的2/3，必须严格控制工作面的控顶距。在控顶距超过340 mm时，要及时地对液压支架进行移架，并要做好液压支架的接顶工作。若移架之后仍然不能减小控顶距，则应该采取其他措施来进行护顶。使用单体支柱支设好临时贴帮柱，拴好防倒绳，柱距0.75 m，初撑力不得低于1800 kN。严禁出现空顶、空帮。

3 预防架前顶煤（顶板）漏冒、煤壁片帮措施

为了保证回采的安全性，液压支架的初始支撑力应该不低于规定值的80%。若支撑力不能满足要求，应该查明液压支架的工作状态情况，如发现问题，则应该立即上报主管领导进行解决。与此同时，液压支架必须要接顶良好，并做好对煤壁的护帮工作。

通常情况下，破碎顶板和假顶要持续与液压支架的顶板保持接触状态，并控制最小的控顶距。回采工作面采高均匀，采高满足2.8 m。支架顶梁与顶板平行支设，最大仰俯角不大于7°，贴顶严密。根据工作面现场情况及以往工作面回采管理经验，150503工作面确定的最大梁端距不大于340 mm，可保证架前顶煤及煤墙支护安全有效，则工作面最大控顶距5250 mm及最小控顶距4450 mm。由于工作面沿煤层走向布置，且煤层属于近水平煤层，所以无须采取支架防倒、采煤机防滑措施。

4 应用效果分析

景福煤矿的150503放顶煤工作在采取安全管理措施之前，冒顶发生的次数每个月在10次左右，而在采取一系列的顶板安全管理技术措施后，冒顶发生的次数每个月仅仅只有2次左右，下降了80%。由此可见，采用的安全技术措施有效。