顶板管理技术的研究范文

《能源与环境杂志》2014年第三期

1紧密褶皱煤层开采顶板管理技术的研究与实践

福建省永春煤矿所属各生产矿井均不同程度地存在上述地质构造特点，其中以南湖1号井、南湖2号井较为典型。煤层压薄带的存在，不利于采煤工作面的正常推进，但可利用其支撑煤层顶板，有利于顶板管理。在开采紧密褶皱煤层的过程中，我们通过探清矿井地质构造和煤层赋存特征，并根据现场实际和紧密褶皱煤层的特点，不断地进行认真分析、研究，改进开采技术方法和顶板管理技术，采用留煤层压薄带支撑顶板的采煤方法进行开采，用煤层压薄带作为保安煤柱来控制和管理顶板，处理采空区，控制老顶，并认真做好伪顶管理和背向斜转折端的顶板支护管理。顶板管理的主要内容是维护好回采工作面的工作空间和处理采空区。垮落法是回采工作面正常推进中最常用的1种顶板管理方法，但对复杂构造煤层尤其是南湖1号井、南湖2号井紧密褶皱煤层的开采则不适用。经过对紧密褶皱煤层开采特点的分析、研究，初步掌握了利用紧密褶皱煤层压薄带的有利因素，采用留煤层压薄带支撑管理顶板、控制老顶的办法，来改善顶板管理。同时，有针对性地做好对各类伪顶以及背向斜转折端顶板的支护管理。

1.1留煤层压薄带支撑管理顶板、控制老顶方法的实践（1）顶板管理方法的选择。在煤矿井下生产回采过程中，随着回采工作面的不断推进，顶板悬露面积不断扩大，支架开始折损，柱帽开始压劈，这时必须对采空区顶板进行及时处理，才能保证采面生产的正常进行。通常的顶板管理方法是采用回柱放顶-垮落法来处理采空区，控制工作面顶板的压力，以减轻老顶周期来压所造成的影响。如磨刀坑矿井+525m60#、54#煤层、南湖2号井+1000m、+975m部分地段的37#煤层稳定性好些，时有出现这样的正规采面，有老顶周期来压。而南湖1号井、南湖2号井开采煤层构造以紧密褶皱为主，很多地段较普遍地存在着煤层压薄带，开采过程中均未出现老顶周期来压现象，甚至一些较完整、坚硬的直接顶岩层，在采场支柱回撤后仍长时间不冒落。如南湖1号井+750m、+725m、+700m60#煤采面、南湖2号井+1000m37#煤南采面已开采10多年，采空区面积达1000m2，原来支护的木支柱已经全部腐烂了，但采空区的直接顶还是完好无损，顶板至今仍未冒落。根据这种情况，经分析、研究，不能用垮落法来管理顶板，也不能用充填法来管理顶板，还是要用留煤层压薄带支撑顶板的办法来管理顶板。因此，针对该类煤层赋存特征、顶板岩性、煤层厚度、倾角变化规律，我们通过长期研究、比较、应用和实践后，目前广泛采用留煤层压薄带支撑顶板管理的方法。通过留煤层压薄带以支撑顶板，控制老顶，使其不出现初次来压和周期来压，减轻采场矿山压力，既简化了顶板管理，节省了大量的顶板管理工作量，又大大地减少坑木消耗量。这样的顶板管理方法，实践证明是行之有效的顶板管理方法，在各矿井得到普遍采用。（2）采用该方法的采准巷道布置方式。在半煤岩运输巷道选择煤层厚度较大的褶曲（向斜或背斜）轴部作为切眼掘进的开口位置，切眼沿着褶曲轴部倾伏方向向上掘进，与上回风巷贯通。切眼之间，仍沿煤层走向掘顺槽相连通。当煤层构造发生变化难与上回风巷贯通时，则在切眼顶部沿走向掘进顺槽与相邻切眼贯通，作为采煤工作面通风和安全出口之用。在切眼下部，仍以顺槽贯通，作运输和行人之用。各切眼的间距与紧密褶皱构造的褶曲幅度相当，一般不大于30m。如果切眼两侧的煤层在0.4m以下，就留1.5～2m的安全煤柱。当局部地段褶皱较宽缓，相邻向、背斜轴部之间的距离大于30m时，可在其中部适当位置增加掘进一条切眼，切眼两侧的煤层比较稳定时，其厚度在0.4m以上，就选择较薄煤层压薄带作为安全煤柱，从而来管理顶板，控制老顶。回采作业时采用正台阶方式，坚持自上而下、由里及外的回采顺序。（3）顶板管理综合措施。顶板管理则主要通过留煤层压薄带来进行顶板控制，即在相邻两条切眼中间，选择煤层厚度较薄（一般在0.5m以下）处，保留煤柱用以支撑顶板。煤柱留设范围视夹薄带的煤层厚度而定。当厚度在0.5m以下，一般以不可采的薄煤带作为煤柱范围；当厚度在0.5m以上，一般在相邻2个厚煤带或煤包的中间留设安全煤柱。每个煤柱平面形状为方形，宽度控制在2m左右；相邻煤柱之间与轴部倾伏走向平行方向上的距离视顶板岩性和煤层厚度而定，一般控制在3～5m；各煤柱排列成1条与褶曲向、背斜轴部倾伏方向平行的煤柱带。对相邻煤柱带之间的采空区伪顶，则采用木支柱进行辅助支护；必要时也可采取特种支架等特殊支护形式。通过采取上述顶板管理综合措施，使老顶不出现周期来压，实现了对顶板的有效控制。

1.2多切眼式顶板管理法的实践紧密褶皱构造煤层的厚度及产状变化频繁，若采用长壁式采煤法回采，遇到严重压薄带、小断层等，采面因难以推进而被迫暂停，需重新开切眼搬家，回采工作较被动。因此，采用多切眼方法较为适合，如南湖2号井早期开采的+1000m37#煤采面。其采准巷道布置方式是在回采的同时，按一定间距（20m左右）超前掘进切眼至上回风巷贯通，即除工作面所在切眼外，还保持1条超前的、与上回风巷贯通的备用切眼；相邻切眼间，仍以顺槽相连。在备用切眼与顺槽交岔口上侧，设1道临时风门。当回采中遇到严重压薄带不能继续推进时，工作面可以立即搬到下1条切眼并继续回采工作。该方法的优点是回采工作连续、主动，又利用煤层压薄带支撑顶板，顶板管理方法简便可行；但缺点是切眼掘进量大，万吨掘进率高，且切眼过煤层压薄带时，需破底挑顶，成本较高。

1.3紧密褶皱煤层开采采面伪顶的管理紧密褶皱煤层在原先状态时是水平的，在一定范围内是连续完整的，伪顶也一样是连续完整的。但是在褶皱形成过程中，煤层伪顶经过构造应力的强烈挤压，发生层间揉皱、滑动，节理发育，破坏了煤层及其顶板的完整性，造成伪顶多且不连续，其倾角、厚度也发生很大的变化，给煤炭安全生产带来了不利的影响。在改进顶板管理技术，采用留煤层压薄带支撑管理顶板，控制老顶的办法，不出现老顶的初次来压和周期来压，在老顶得到控制之后，就要认真研究伪顶，许多的微小伪顶在回采过程中，随落煤而垮落，还有一些小伪顶借助工具，通过人工也处理下来了。剩下的就是经过采动一段时间会脱落的以下3种伪顶，要区别对待，认真支护管理。（1）伪顶面积小于1m2暂时未脱落的小伪顶，要特别认真检查并支护好。因为经采动一段时间后会脱落，这样的小伪顶，借助工具人工要把它处理也处理不下来，也不知道它经采动后，何时能脱落，危险性大，不能疏忽，那只能采取措施，用顶柱予以支护，打紧打牢，确保采面工作空间的安全，回柱时，严禁撤除有危险的顶柱，面积小于等于1m2的小伪顶，一般仅顶1根柱子，这根柱子是危险的顶柱，不能撤除，留作信号柱。（2）伪顶面积大于1～2m2的中伪顶，一般顶住4根点柱，这4根点柱，最多也只能回其中的1根，其它3根是属于危险的顶柱，坚决不能回。（3）伪顶面积大于2m2以上的大伪顶，其伪顶越大，采动后冒落越慢，但都得认真加以支护。回柱时也只能撤回其中的一小部分顶柱，而其它大部分柱子不能回。

1.4紧密褶皱煤层背向斜转折端顶板的支护管理煤层在形成褶皱过程中，因塑性流变作用，而使褶皱煤层的厚度也相应发生变化，表现为背向斜冀部煤层变薄，冀部形成了煤层压薄带，背向斜转折端煤层变厚。永春煤矿所属各生产矿井都有不同程度地存在着压薄带，尤其是南湖1号井、南湖2号井较普遍地存在着煤层压薄带，背向斜转折端煤厚一般2～3m，有的更厚。如磨刀坑矿井+492m60#煤层，有的地段厚达5～6m，在背向斜转折端这样煤层厚度，给顶板管理增加了难度。经分析、研究，在认真搞好敲帮问顶，处理好伪顶，支护好伪顶以及搞好一般支护的基础上，要特别认真重视对背向斜转折端顶板的支护管理。如在向斜顶板状况不好的重要部位用丛柱予以加强支护，在背斜顶板状况不好的重要部位用木垛予以加强支护，从而更有效地控制顶板压力。通过加强背向斜冀部顶板支护，进而控制所在煤层顶板，实现紧密褶皱构造煤层开采顶板的有效管理。

2应用效益与前景

据测算，在以紧密褶皱构造为主的天湖山煤矿区中，各种藕节状、鸡窝状煤以及褶曲轴部厚煤带或煤包的采出量约占总产量的70%。而对于上述不规则煤层的开采，采用留煤层压薄带来管理顶板，既节约了大量的坑木消耗量，又节省了顶板管理的工作量，具有良好的经济效益与应用前景。

2.1经济效益分析（1）节约坑木消耗量。从福建省永春煤矿的材料消耗统计数据看，开始逐步应用留煤层压薄带来管理顶板后，万吨原煤坑木消耗量为182.8m3，与以前历年平均原煤坑木消耗量216.6m3/万t相比，下降了33.8m3/万t。按坑木市场平均单价800元/m3计算，每生产万吨原煤可节约坑木费用2.7万元。（2）节省顶板管理人工费。采用留煤层压薄带来管理顶板，可节省大量的顶板支护和顶板管理工作量，回采工效可提高20%以上，平均每回采1t煤可节省顶板支护和顶板管理的工作量0.16工日，按历年日平均工资100元计算，每生产万吨原煤可节省人工费用16万元。

2.2生态效益由于采用留煤层压薄带来管理顶板节约了坑木消耗量，从而大量地减少林木砍伐量，有利于生态环境的保护，具有良好的社会效益。

2.3应用前景2012年，天湖山煤矿区的年实际总产量已超过200万t，如果采用留煤层压薄带来管理顶板在各类煤矿中得到全面推广和应用，则全矿区每年可产生的直接经济效益为2618万元。该方法对于其他地区同类地质构造煤层的开采也具有一定的借鉴意义。

3结束语

通过理论联系实际、煤层开采实践，我们认识、掌握紧密褶皱煤层存在着连续不断的背向斜构造形态，煤层压薄带以及伪顶多等特点、规律。通过分析、研究这些地质规律，改进了顶板管理方法，实践应用紧密褶皱煤层开采顶板管理技术，就能有效地控制了矿山压力，取得较好的经济效益和安全效益，促进了煤矿安全生产。

作者：吴联文单位：永春县煤炭管理局