论采煤工作面顶板分类及管理

论采煤工作面顶板分类及管理

【摘要】本文笔者根据采煤工作面直接顶厚度与采高的关系，对工作面顶板常见三类进行了分类，并对在复合顶板管理实践中采取的六种方法进行了具体分析，具有一定借鉴意义。

【关键词】顶板分类；控顶原则；复合顶板管理

0.前言

采煤工作面顶板事故的发生与工作面本身的顶板条件具有特别重要的关系，为预防发生各种顶板事故，有必要根据工作面的顶板条件和采高情况对工作面顶板进行分类，按照相应的控顶原则，采取针对性的控顶设计。

按顶板条件及所需采用的控顶原则，可以把缓斜、倾斜煤层的顶板分成六类，下面就常见三类进行分析。

（1）直接顶厚度等于或大于2-3倍采高。

（2）直接顶厚度大于1倍采高但小于2-3倍采高，直接顶上面是裂隙带的老顶。

（3）直接顶厚度大于1倍采高但小于2-3倍采高，直接顶上面是垮落带的老顶。

1.相应控顶原则

1.1第一类顶板及其控顶原则

第一类顶板冒落带中没有老顶，控顶原则用“支”与“切”。

所谓“支”，是指用采场基本支护的初撑力平衡工作空间上方冒落带岩重。依此，或先定支柱的初撑力，计算出支护密度，再转化成排柱距；或先定排柱距，转化成支护密度后，再求所需的支柱初撑力。

所谓“切”，是指用切顶排另增切顶支柱的初撑力平衡采空区上方冒落带直接顶岩层的重量。考虑到直接顶具有分层冒落的特点，以及岩层有一定的自承能力，多数情况下，切顶排另增切顶支柱的初撑力能平衡采空区上方最大冒落分层的岩重即可。最大冒落分层厚度可按直接顶岩层的分层厚度及岩石强度由下而上逐层估计，这里要注意软弱岩层作为较强岩层之附加载荷的可能性。如果缺乏直接顶岩层分层情况及极限悬顶距的资料，页岩的分层厚度以不超过1m考虑，其极限悬顶距以1m考虑；砂页岩的分层厚度以不超过1.5m考虑，其极限悬顶距以2m 考虑。根据上述，可以计算出切顶排每米所需增加的初撑力，进而可定出切顶排

所应增加切顶支柱的线密度。

以上所述，是按控顶原则把工作空间基本支护与切顶排所增加的切顶支柱分别设计的情况。当冒落带中无老顶时，可以考虑无密集放顶方式；也就是让工作空间基本支护的初撑力既平衡工作空间上方冒落带直接顶岩重，又平衡采空区上方直接顶最大冒落分层岩重。这时，要把采空区上方最大冒落分层的岩重平均分摊到最小控顶距时工作空间上方冒落带直接顶岩重中去，然后用综合的冒落带直接顶岩重计算工作空间基本支护的初撑力、支护密度及排柱距。

1.2第二类顶板及其控顶原则

第二类顶板直接顶上面是裂隙带老顶。据生产实践及理论分析，在这种条件下，老顶已进入裂隙带，即冒落带中没有老顶，控顶原则用“支”、“切”、“让”。

所谓“支”，是指用采场基本支护的初撑力平衡工作空间上方直接顶岩层的重量。依此可确定基本支护的初撑力，支护密度及排柱距。

所谓“切”，是指用切顶排另增切顶支柱的初撑力平衡采空区上方直接顶最大冒落分层的岩重，从而确定沿切顶排每米所应增加切顶支柱的初撑力及线密度。

和第一类顶板一样，第二类顶板也可以采用无密集放顶方式。但是，当直接顶相对较薄，需要控制裂隙带老顶下沉量时，由于需加强切顶排支柱的初撑力以限定老顶下沉，因而还是采用有密集放顶方式为妥。

1.3第三类顶板及其控顶原则

第三类顶板直接顶上面是垮落带老顶。这类是冒落带中有老顶的顶板，控顶原则用“支”、“切”、“支”、“让”。

第一个“支”有两重含义：一是用采场基本支护的初撑力平衡工作空间上方直接顶岩层的重量，从而确定出支柱初撑力，支护密度及排柱距；另一个是用采场基本支护的工作阻力平衡工作空间上方冒落带岩重，从而确定出支护密度及排柱距。设计时，采场基本支护其支柱的平均工作阻力可按额定工作阻力的60%考虑。当排距一定时，若这两者确定出的柱距有所不同，设计中应取其小值。

所谓“切”，是指用切顶排另增切顶支柱的初撑力平衡采空区上方直接顶最大冒落分层的岩重，从而确定沿切顶排每米所应增加切顶支柱的初撑力及线密度。

第二个“支”，是指用切顶排另增切顶支柱的工作阻力平衡冒落带中老顶岩梁及其附加软岩层重量的一半。设计时，切顶支柱的平均工作阻力可按额定工作阻力的80%考虑，依此可计算出沿切顶排支撑老顶所需另增的切顶支柱的线密度。实践与理论计算表明：厚1.5m的老顶，岩梁长约6m；厚2.0m的老顶，岩梁长约10m；厚2.5m的老顶，岩梁长约14m。设计时如果缺乏老顶岩梁长度的资料，可参考上述数据。

（3）式来源于主要应用摩擦式金属支柱时实测的数据。采场应用单体液压支柱后，尤其是初撑力较大时，顶板下沉量大为降低。因此，应用单体液压支柱的工作面，用这个公式估算顶板下沉量时，系数宜取小值。

当冒落带岩层厚度小于2-3倍采高时，采场支柱还要适应裂隙带老顶的下沉。这时，顶板下沉量可按公式（2）估算。

估算的由冒落带老顶导致的顶板下沉量与由裂隙带老顶导致的顶板下沉量，其数值不会相同，支柱选型时应取其大值。

2.在复合顶板管理实践中采取的六种方法

工作面除了利用单体液压支柱布置五排七柱控制顶板外，又因条件的变化采取了以下几种方法：

（1）在初次放顶期间，在软帮增加一组切顶柱，增加支护密度，以减少因悬顶过大而造成的顶板破碎。

（2）严格控制乳化液泵站压力不得低于20MPa，比平时18MPa大了2MPa，目的就是增加支柱初撑力，以减少复合顶板离层速度。

（3）采用铰接顶梁配合单体液压支柱支护顶板。

（4）当工作面过断层时，由于顶板随着采煤机割过，大块伪顶或复合顶板在机道随着冒落，针对这种情况采取提前掘进硐室进行打锚索、架抬棚迈步进行控制顶板。

（5）当工作面顶板周期来压时，常常造成顶板破碎，支柱随着破碎顶板冒落后，逐渐失效，对此，采取了架两面光木方子进行控顶。

（6）工作面超高时，锚索加w钢带首位相连进行控制破碎顶板，取代单体液压支柱。

3.结语

为了搞好初采阶段的顶板控制，还需要注意三个问题：第一、当老顶跨距达到预期的初次垮落步距或初次来压步距时，直接顶未垮落或老顶未来压，这时可采取增加切顶支柱的初撑力或切顶支柱工作阻力的办法，保证工作面继续推进。第二、沿切顶排切断直接顶与支撑老顶所需切顶支柱的线密度不必叠加，取两者中的大值即可。第三、为支撑冒落带老顶，切顶支柱的工作阻力可按其额定工作阻力的90%考虑。[科]