煤矿回采工作面矿压与顶板管理探析

煤矿回采工作面矿压与顶板管理探析
我国是资源大国，煤炭是主要的资源来源，煤炭开采的安全管理十分重要。

在煤炭开采过程中，矿压是重中之重。

矿压不稳会带来不良影响，轻则影响作业进度，重则产生安全事故，造成垮塌。

由此可见，矿区的回采工作面矿压与顶板管理十分重要。

文章主要针对矿压的危害进行概括，分析了回采工作面顶板的种类及其存在的问题，提出了解决的方法，以期为煤炭开采中矿压问题提供参考。

标签：煤炭开采；回采工作面；矿压管理；顶板管理
1 矿山压力及其可造成的危害
原岩应力是产生矿山压力的主要因素，原岩应力是在自身自重的情况下内部产生的引力。

在矿区的地下岩体尚未开采之前，原岩应力一直处于稳定状态，当煤炭开采人员进行煤炭开采时，建立回采工作面、顶板、挖掘煤矿、运输煤矿等会破坏岩层的内部原岩应力的平衡，在这种状态下，岩体内部的原岩应力会重新排布，直到其再次平衡。

在此期间，原岩应力会破坏周围的煤层和岩体，给煤炭开采工作带来危险和难度。

在原岩应力重新排布后会形成新的应力场，这种新的应力场与煤炭开采之前完全不同。

这种因煤炭开采活动而产生的岩层内部应力的变化，及与煤炭开采支护工具互相作用而引起的力，被称为矿山压力。

矿山压力一直是煤炭开采与回采的难题，矿山压力不稳易造成煤炭开采与回采工作面的倒塌，易发生安全事故，造成人员伤亡。

2 回采工作面顶板的分类
顶板是回采工作面的重要组成部分，顶板岩层、煤层的位置以及煤层的特点对顶板的设置有着十分重要的作用，根据这些方面顶板岩层基本上可以划分为三种：（1）伪顶。

伪顶处于回采工作面顶板岩层的最下方，煤层的上方，是最容易垮落的部分，因为伪顶大部分由炭质页岩组成，厚度不够。

在落煤情况发生时，经常随煤块一同掉落，极易发生安全事故，造成人员伤亡。

（2）直接顶。

直接顶的主要组成部分有三种：分别是页岩、泥质页岩、砂质页岩，一般情况下，直接顶位于伪顶上方或者煤层上方的一层或数层的岩层中，会随着回采工作面支架的拆解而垮落。

只有极少数情况，不会垮落。

（3）老顶。

老顶是回采工作面顶板岩层中比较坚硬的岩层，因其由硬度较大的砂岩、砂砾岩等组成，且位于直接顶的上方，上部存在较大的悬露部分，通常不会随着直接顶的垮落而掉落。

但是也存在特殊情况，老顶可能位于煤层上部，但这种情况极其少见。

还有另外一种回采工作面顶板的分类方式，其划分依据是顶板的管理角度，基本上可划分为以下五种：（1）松软顶板。

其特点是易垮落。

因其岩层中的组成部分是极易垮落的岩体，回柱之后顶板就会垮落。

（2）中等垮落的顶板。

以管理角度划分的顶板分类中，直接顶属于中等垮落的顶板。

根据其岩层的松软程度可以推断出其厚度一般不会超过煤层厚度的四倍，所以，中等垮落的顶板也会随着回柱的拆解而垮落。

但由于垮落的厚度比较小，无法填满采空区。

（3）不容易垮
落的坚硬顶板。

此类顶板一般存在于煤层之上，质地坚硬，很少随着回柱的拆解而垮落。

（4）极难垮落的坚硬顶板。

此类顶板上方会存在较大的悬露面积，从几平方米到几万平方米不等，而且不易垮落。

因其煤层上面覆盖着足够厚度的坚硬岩层。

（5）塑性弯曲的顶板。

3 回采工作面顶板控制中存在的问题
煤矿安全生产问题是现阶段煤矿企业十分重视的问题，顶板管理是保障煤矿生产安全的重要指标。

回采工作面的矿压问题与顶板管理一直是煤炭行业技术人员持续关注与探索的课题。

目前，我国煤炭行业回采工作面顶板管理中存在的问题主要有以下四个方面：
3.1 顶板管理工作不到位
目前，我国大部分煤矿的巷道和回采工作面支护采用的是木架支护方式，成本少，强度低，不符合国家制定的相关标准，不能满足煤炭开采的要求，而且开采面回采工艺比较单一，顶板的管理不到位，管理模式漏洞百出，在矿压不稳的情况下，简单的顶板设置不能满足开采需求，造成垮落、塌陷等安全事故频发。

3.2 支护的稳定性问题较为突出
支架的稳定性是影响顶板安全的重要因素，在支架建设过程中，如果不能保证支架的稳定性，或者支护设置不合理，在遇到复合型顶板或頂板裂缝时，支架就会与顶板岩层发生摩擦，轻则，导致岩层移动，影响支架的稳定性。

重则，将支架推到，发生安全事故。

另一方面，有些矿区还存在局部冒顶等其他因素，都会对支架的稳定性造成影响。

3.3 悬顶面积过大造成推垮型安全事故
矿区回采面的支柱或支架的平衡问题与顶板顶部岩层悬顶面积过大而产生的安全问题息息相关。

推垮型煤层倒塌安全事故就是在这种情况下发生的。

其产生的具体原因是：（1）矿区的液压泵压力不足不能给支柱和支架提供足够的压力维持平衡性，不能支撑岩层上方的岩石重量。

（2）支架和支柱的架设没能直接将老顶与直接顶分离，初撑力不够。

（3）在岩层下沉的情况下，支架和支柱的收缩性无法适应。

（4）没有足够的支柱，在岩层上方岩石垮落时不能完全平衡和支撑。

3.4 支柱有效的工作阻力没有保障
支柱的有效工作阻力受多方面影响，例如，伪顶的存在等。

支柱的设计对支柱的有效工作阻力有着十分重要的影响，合理的支柱设计能够保证顶底板有足够的抗压能力，即使在矿压的作用下，支柱的总刚度也能保证开采需求。

而我国大部分煤矿开采作业面都没有合理的支柱设计，不能保证支柱的有效工作阻力。

影响回采工作面顶板安全的因素除了以上四点之外，还存在矿压观测工作开
展的不到位、管理工作人员不认真对待顶板管理工作等等问题。

4 回采工作面矿压及顶板控制管理策略
4.1 类拱式顶板的控制
类拱式顶板的控制重点在于平衡煤炭开采区工作空间和开采区上方悬顶空间，确保支护及支柱的强度足够，保证支与护的平衡。

另外，可以采用塑料网护顶来保持直接顶的完整性。

4.2 拱梁式顶板控制
煤炭开采回采面中支护的作用是不可忽视的，支护当中的“支”是起到平衡回采面悬顶空间，支撑煤层顶部岩石重量，减少老顶与煤层之间或老顶与直接顶之间的距离的作用。

所以支是拱梁式结构顶板控制中最主要的原则。

4.3 整体垮塌式顶板的控制
整体垮塌式顶版控制的主要原则同样是“支”。

和拱梁式顶板控制不同之处在于必须采用强放顶弱化顶板作为前提。

整体垮塌式顶板具有周期性不明显的特点，在煤炭开采时要注意回采工作面方向与裂隙方向的夹角，当该夹角在12度以上时，支柱与支柱的强度就足以平衡煤炭开采区的矿，可以有效避免形成整体垮塌式顶板。

当该夹角趋于0度，回采工作面与裂隙处于平行状态时，会直接破坏顶板，形成垮塌式顶板结构，尤其是在直接顶比较薄的区域。

5 结束语
煤炭安全生产工作是煤炭开采工作中的重点，做好煤炭回采工作面矿压与顶版的管理能够为煤炭开采安全生产工作提供有效保障。

我国虽是资源大国，煤炭产量居世界第三，但是许多煤矿已进入深度开采阶段。

在煤炭的深度开采中，回采工作面的正常开采和顶板控制十分困难，稍有疏忽，就会酿成悲剧。

在文章中，作者就结合自身多年的实际工作经验，分析了矿山压力产生的原因及可造成的巨大危害，运用两种分类方式阐述了回采工作面顶版的分类，解析了回采工作面顶板控制中存在的问题并针对四个不同回采面的控制方法上提出了解决问题的方法。

希望文章有助于提高回采工作面矿压与顶板管理的水平，为进一步提高我国煤炭开采安全生产提供参考。

参考文献
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