近年來煤礦開采工程中安全事故頻發(fā)，其中有相當(dāng)一部分是回采面的特殊地段發(fā)生的冒頂事故，不僅對煤礦開采的工作帶來不利，更嚴(yán)重威脅到煤礦工人的人身安全。因此對回采工作面的特殊地段進(jìn)行技術(shù)分析，研究其頂板變形情況和解決措施刻不容緩。
1 回采工作面特殊地段概論
煤礦回采工作面的特殊地段中易發(fā)生頂板事故的有六種，均為地質(zhì)結(jié)構(gòu)特殊或者有工程問題的地段。
1.1 構(gòu)造復(fù)雜
有些地質(zhì)地段的構(gòu)造相當(dāng)復(fù)雜，例如斷層、褶曲之類，由于其自身的地質(zhì)條件就不夠穩(wěn)定，因此一旦受到外力作用，其工作面就很容易垮落而發(fā)生頂板事故。
1.2 頂板不穩(wěn)
有些地段中存在著層理與裂隙，因此其巖組間粘著力相對薄弱，削弱了頂板的穩(wěn)定性，最終導(dǎo)致這些地段因頂板不穩(wěn)而容易發(fā)生頂板事故。
1.3 回采面煤幫
這類地段受煤礦開采行為的影響較大，因此其煤幫會變得較為松散，再加上煤層本身易于開裂，只要受到過大的外界沖擊就極可能造成頂板事故。
1.4 傾斜角較大
有些地段的煤層具有很大的傾斜角度，致使立槽煤在這些地段中很容易出現(xiàn)。立槽煤的穩(wěn)定性很差，只要受到些許振動就會以極快的速度坍塌，誘發(fā)頂板事故。
1.5 工作面支護(hù)失效
該類型地段的問題主要由工程施工引發(fā)。工程人員因設(shè)計失當(dāng)，所設(shè)計支護(hù)不能滿足工程需求，與實際情況脫節(jié)，設(shè)置于工作面的支護(hù)無法提供相應(yīng)的支撐力，使得支護(hù)失去效用，有些工程甚至干脆不設(shè)置支護(hù)，最終導(dǎo)致頂板事故的發(fā)生。
1.6 安全出口
作為安全生產(chǎn)重要地段的安全出口恰恰也是頂板事故的高發(fā)地段。該地段實際上包括了以上多種類型地段的問題，其既容易被煤炭開采所影響，又具有較為松散的煤幫，兼之支護(hù)設(shè)置的問題往往出現(xiàn)在這里，因此頂板、底板均極易開裂，導(dǎo)致頂板事故發(fā)生。
2 回采工作面特殊地段頂板變形情況
進(jìn)行回采工作時，煤層的頂板會因為礦山的壓力而產(chǎn)生不同程度的變形，具體體現(xiàn)為頂板會沿自身的節(jié)理錯動而出現(xiàn)裂縫，進(jìn)一步還會出現(xiàn)離層、斷層、垮落、片幫、冒頂?shù)痊F(xiàn)象。
3 回采工作面特殊地段頂板變形原因
從近些年的實際事故案例可知，回采工作面的冒頂?shù)攸c主要有二，分別是地質(zhì)變化的混合支護(hù)帶與工作面的上下出口。
3.1 地質(zhì)變化混合支護(hù)帶頂板變形原因
該地段的冒頂事故都是當(dāng)頂板來壓的時候支撐力不均衡而發(fā)生的。頂板變形的原因有三：其一是所用支護(hù)的材料與形式都不一致，頂板來壓時不同的支護(hù)無法均勻受壓，導(dǎo)致支柱與頂板變形甚者脫落；其二是位于地質(zhì)變化帶的頂板不完整，結(jié)構(gòu)較為破碎，又沒有按相應(yīng)情況采用特殊的支護(hù)形式；其三是在放頂時所使用的順序失當(dāng)，將原本應(yīng)自下而上的分段擅自改為從上到下進(jìn)行，雖然施工上方便了，卻會造成安全隱患，或者分段放頂時位置不當(dāng)，令支柱壓力集中在分段的接茬處。
3.2 上下出口頂板變形原因
上下出口處頂板變形進(jìn)而發(fā)生冒頂有兩種原因：其一是采煤法為長壁后退式，此時需要在回采作業(yè)前先挖掘出回采工作面上用于運(yùn)輸和回風(fēng)的巷道，這使得巷道的頂板長時間暴露于外，兼之回采工作時采掘壓力與采場支撐力都會影響頂板，所以極易產(chǎn)生冒頂；其二是上下出口位于采空區(qū)與巷道的交叉處，因此支架需要隨工作面推移而反復(fù)支起和拆除，在這些支拆過程中，新支架未必能迅速承擔(dān)起舊有支架所承受的壓力。
從以上兩類事故的主要原因可以知道，回采工作面特殊地段的頂板變形與冒頂事故具備一定的規(guī)律，對這些規(guī)律加以總結(jié)和研究可以有效規(guī)避事故風(fēng)險。另外，冒頂事故也不是突然發(fā)生，在發(fā)生前會出現(xiàn)一些明顯預(yù)兆，通過留意和監(jiān)測這些預(yù)兆可以對冒頂事故有效加以預(yù)防。
4 回采工作面特殊地段頂板管理方法
為了應(yīng)對以上的種種頂板事故，對頂板的管理工作務(wù)必要加強(qiáng)，與實踐經(jīng)驗相結(jié)合，深入了解礦山壓力與頂板受力的變化規(guī)律，考慮回采工作面的地質(zhì)條件、頂板巖性、冒頂預(yù)兆、支護(hù)形式等多重因素，制定最合理的管理預(yù)防措施，并根據(jù)實際情況及時進(jìn)行修改和補(bǔ)充。其具體管理方法如下：
4.1 選擇支護(hù)形式
應(yīng)對回采工作面的特殊地段的地質(zhì)條件進(jìn)行具體分析，包括頂板和底板的巖性、煤層的厚度、地段傾斜角、開采層位等，根據(jù)這些具體條件確定支護(hù)的形式與密度、循環(huán)進(jìn)度、放頂步距、控頂距的最大值和最小值。以木支護(hù)為例，如果頂板堅硬且完整，則使用帶帽點柱；如果頂板破碎，有裂隙與工作面相垂直，則要設(shè)置走向棚，工作面的上下頭之類壓力較大之處還要以木垛、叢柱進(jìn)行加固。
4.2 確保支護(hù)質(zhì)量
在支護(hù)材料的選擇上要嚴(yán)格謹(jǐn)慎，選擇盡可能優(yōu)質(zhì)的材料，同時對支護(hù)的密度和堅固性加以確保。另外，如果支柱發(fā)生崩倒或折斷需要及時予以更換，柱窩的深度要達(dá)到150毫米以上，具體數(shù)值則應(yīng)由底板的巖性來決定。
當(dāng)回采工作面的地段存在斷層、褶曲、頂板錯動等特殊地質(zhì)構(gòu)造或者需要通過舊巷道時，要按具體的情況采取確保支護(hù)質(zhì)量的相應(yīng)措施。如果工作面需要通過斷層，則斷層側(cè)要以木垛加固；如果工作面需要通過舊巷，則在靠近舊巷之前就應(yīng)對工作面推進(jìn)的方向加以調(diào)整，務(wù)必斜交于舊巷，且在斜交處上下的支護(hù)密度要注意加強(qiáng)。
采煤工作在進(jìn)行落煤時使用的小炮、震動炮會對支護(hù)和頂板產(chǎn)生一定的破壞，因此要盡量壓低其破壞程度。具體來說，炮眼的位置需要合理布置，炮眼數(shù)量和裝藥量也不能過多，否則爆破可能會崩倒支架，進(jìn)而引發(fā)冒頂事故。如果工作面的頂板已經(jīng)破碎，則一定要將放炮距離縮短一次，如果有必要，可以以人力手鎬進(jìn)行作業(yè)。
4.3 敲幫問頂檢查
在有支護(hù)的區(qū)域，以手鎬或鋼釬等工具對工作面中尚未添加支護(hù)的巖層進(jìn)行敲擊，從發(fā)出的聲音判斷巖體內(nèi)部是否有松動、斷裂、離層等現(xiàn)象。這種檢查方法簡單可靠，可以有效預(yù)防頂板事故。另外為了減少頂板來壓時的突然傷害，煤壁上不能留傘檐，否則有可能突然片落。
4.4 觀察來壓預(yù)兆
使用信號點柱對頂板的壓力變化與來壓預(yù)兆進(jìn)行觀測，具體方法為工作面上每15～20米的距離設(shè)置一根木點柱，點柱直徑須控制在14毫米以下，且柱子的中部去除1/3柱徑。當(dāng)頂板來壓，產(chǎn)生壓力變化時，設(shè)置的點柱會先行折斷，對工作人員起警示作用，此時及時加強(qiáng)支護(hù)就可以預(yù)防冒頂?shù)陌l(fā)生。
4.5 實施重點支護(hù)
回采工作面的上下出口是冒頂事故發(fā)生的高發(fā)地段，因此應(yīng)針對這個區(qū)域的支護(hù)工作予以重點加強(qiáng)。不只要以一梁三柱的形式進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，而且需要設(shè)置范圍在20米以上的超前抬棚維護(hù)。如果頂板實際承受的壓力過大，還要在靠老塘的一側(cè)增設(shè)木垛。
5 結(jié)語
回采工作面的特殊地段因為各自特殊的地質(zhì)條件或工程性質(zhì)而使得其頂板容易變形，最終導(dǎo)致頂板事故，因此在對這些地段的頂板進(jìn)行管理時要與實際的各項因素相結(jié)合，將科學(xué)的管理技術(shù)應(yīng)用到實踐中去，保證煤礦工程頂板的安全，最終實現(xiàn)煤礦開采的科學(xué)化、安全化、可靠化。
1 回采工作面特殊地段概論
煤礦回采工作面的特殊地段中易發(fā)生頂板事故的有六種，均為地質(zhì)結(jié)構(gòu)特殊或者有工程問題的地段。
1.1 構(gòu)造復(fù)雜
有些地質(zhì)地段的構(gòu)造相當(dāng)復(fù)雜，例如斷層、褶曲之類，由于其自身的地質(zhì)條件就不夠穩(wěn)定，因此一旦受到外力作用，其工作面就很容易垮落而發(fā)生頂板事故。
1.2 頂板不穩(wěn)
有些地段中存在著層理與裂隙，因此其巖組間粘著力相對薄弱，削弱了頂板的穩(wěn)定性，最終導(dǎo)致這些地段因頂板不穩(wěn)而容易發(fā)生頂板事故。
1.3 回采面煤幫
這類地段受煤礦開采行為的影響較大，因此其煤幫會變得較為松散，再加上煤層本身易于開裂，只要受到過大的外界沖擊就極可能造成頂板事故。
1.4 傾斜角較大
有些地段的煤層具有很大的傾斜角度，致使立槽煤在這些地段中很容易出現(xiàn)。立槽煤的穩(wěn)定性很差，只要受到些許振動就會以極快的速度坍塌，誘發(fā)頂板事故。
1.5 工作面支護(hù)失效
該類型地段的問題主要由工程施工引發(fā)。工程人員因設(shè)計失當(dāng)，所設(shè)計支護(hù)不能滿足工程需求，與實際情況脫節(jié)，設(shè)置于工作面的支護(hù)無法提供相應(yīng)的支撐力，使得支護(hù)失去效用，有些工程甚至干脆不設(shè)置支護(hù)，最終導(dǎo)致頂板事故的發(fā)生。
1.6 安全出口
作為安全生產(chǎn)重要地段的安全出口恰恰也是頂板事故的高發(fā)地段。該地段實際上包括了以上多種類型地段的問題，其既容易被煤炭開采所影響，又具有較為松散的煤幫，兼之支護(hù)設(shè)置的問題往往出現(xiàn)在這里，因此頂板、底板均極易開裂，導(dǎo)致頂板事故發(fā)生。
2 回采工作面特殊地段頂板變形情況
進(jìn)行回采工作時，煤層的頂板會因為礦山的壓力而產(chǎn)生不同程度的變形，具體體現(xiàn)為頂板會沿自身的節(jié)理錯動而出現(xiàn)裂縫，進(jìn)一步還會出現(xiàn)離層、斷層、垮落、片幫、冒頂?shù)痊F(xiàn)象。
3 回采工作面特殊地段頂板變形原因
從近些年的實際事故案例可知，回采工作面的冒頂?shù)攸c主要有二，分別是地質(zhì)變化的混合支護(hù)帶與工作面的上下出口。
3.1 地質(zhì)變化混合支護(hù)帶頂板變形原因
該地段的冒頂事故都是當(dāng)頂板來壓的時候支撐力不均衡而發(fā)生的。頂板變形的原因有三：其一是所用支護(hù)的材料與形式都不一致，頂板來壓時不同的支護(hù)無法均勻受壓，導(dǎo)致支柱與頂板變形甚者脫落；其二是位于地質(zhì)變化帶的頂板不完整，結(jié)構(gòu)較為破碎，又沒有按相應(yīng)情況采用特殊的支護(hù)形式；其三是在放頂時所使用的順序失當(dāng)，將原本應(yīng)自下而上的分段擅自改為從上到下進(jìn)行，雖然施工上方便了，卻會造成安全隱患，或者分段放頂時位置不當(dāng)，令支柱壓力集中在分段的接茬處。
3.2 上下出口頂板變形原因
上下出口處頂板變形進(jìn)而發(fā)生冒頂有兩種原因：其一是采煤法為長壁后退式，此時需要在回采作業(yè)前先挖掘出回采工作面上用于運(yùn)輸和回風(fēng)的巷道，這使得巷道的頂板長時間暴露于外，兼之回采工作時采掘壓力與采場支撐力都會影響頂板，所以極易產(chǎn)生冒頂；其二是上下出口位于采空區(qū)與巷道的交叉處，因此支架需要隨工作面推移而反復(fù)支起和拆除，在這些支拆過程中，新支架未必能迅速承擔(dān)起舊有支架所承受的壓力。
從以上兩類事故的主要原因可以知道，回采工作面特殊地段的頂板變形與冒頂事故具備一定的規(guī)律，對這些規(guī)律加以總結(jié)和研究可以有效規(guī)避事故風(fēng)險。另外，冒頂事故也不是突然發(fā)生，在發(fā)生前會出現(xiàn)一些明顯預(yù)兆，通過留意和監(jiān)測這些預(yù)兆可以對冒頂事故有效加以預(yù)防。
4 回采工作面特殊地段頂板管理方法
為了應(yīng)對以上的種種頂板事故，對頂板的管理工作務(wù)必要加強(qiáng)，與實踐經(jīng)驗相結(jié)合，深入了解礦山壓力與頂板受力的變化規(guī)律，考慮回采工作面的地質(zhì)條件、頂板巖性、冒頂預(yù)兆、支護(hù)形式等多重因素，制定最合理的管理預(yù)防措施，并根據(jù)實際情況及時進(jìn)行修改和補(bǔ)充。其具體管理方法如下：
4.1 選擇支護(hù)形式
應(yīng)對回采工作面的特殊地段的地質(zhì)條件進(jìn)行具體分析，包括頂板和底板的巖性、煤層的厚度、地段傾斜角、開采層位等，根據(jù)這些具體條件確定支護(hù)的形式與密度、循環(huán)進(jìn)度、放頂步距、控頂距的最大值和最小值。以木支護(hù)為例，如果頂板堅硬且完整，則使用帶帽點柱；如果頂板破碎，有裂隙與工作面相垂直，則要設(shè)置走向棚，工作面的上下頭之類壓力較大之處還要以木垛、叢柱進(jìn)行加固。
4.2 確保支護(hù)質(zhì)量
在支護(hù)材料的選擇上要嚴(yán)格謹(jǐn)慎，選擇盡可能優(yōu)質(zhì)的材料，同時對支護(hù)的密度和堅固性加以確保。另外，如果支柱發(fā)生崩倒或折斷需要及時予以更換，柱窩的深度要達(dá)到150毫米以上，具體數(shù)值則應(yīng)由底板的巖性來決定。
當(dāng)回采工作面的地段存在斷層、褶曲、頂板錯動等特殊地質(zhì)構(gòu)造或者需要通過舊巷道時，要按具體的情況采取確保支護(hù)質(zhì)量的相應(yīng)措施。如果工作面需要通過斷層，則斷層側(cè)要以木垛加固；如果工作面需要通過舊巷，則在靠近舊巷之前就應(yīng)對工作面推進(jìn)的方向加以調(diào)整，務(wù)必斜交于舊巷，且在斜交處上下的支護(hù)密度要注意加強(qiáng)。
采煤工作在進(jìn)行落煤時使用的小炮、震動炮會對支護(hù)和頂板產(chǎn)生一定的破壞，因此要盡量壓低其破壞程度。具體來說，炮眼的位置需要合理布置，炮眼數(shù)量和裝藥量也不能過多，否則爆破可能會崩倒支架，進(jìn)而引發(fā)冒頂事故。如果工作面的頂板已經(jīng)破碎，則一定要將放炮距離縮短一次，如果有必要，可以以人力手鎬進(jìn)行作業(yè)。
4.3 敲幫問頂檢查
在有支護(hù)的區(qū)域，以手鎬或鋼釬等工具對工作面中尚未添加支護(hù)的巖層進(jìn)行敲擊，從發(fā)出的聲音判斷巖體內(nèi)部是否有松動、斷裂、離層等現(xiàn)象。這種檢查方法簡單可靠，可以有效預(yù)防頂板事故。另外為了減少頂板來壓時的突然傷害，煤壁上不能留傘檐，否則有可能突然片落。
4.4 觀察來壓預(yù)兆
使用信號點柱對頂板的壓力變化與來壓預(yù)兆進(jìn)行觀測，具體方法為工作面上每15～20米的距離設(shè)置一根木點柱，點柱直徑須控制在14毫米以下，且柱子的中部去除1/3柱徑。當(dāng)頂板來壓，產(chǎn)生壓力變化時，設(shè)置的點柱會先行折斷，對工作人員起警示作用，此時及時加強(qiáng)支護(hù)就可以預(yù)防冒頂?shù)陌l(fā)生。
4.5 實施重點支護(hù)
回采工作面的上下出口是冒頂事故發(fā)生的高發(fā)地段，因此應(yīng)針對這個區(qū)域的支護(hù)工作予以重點加強(qiáng)。不只要以一梁三柱的形式進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，而且需要設(shè)置范圍在20米以上的超前抬棚維護(hù)。如果頂板實際承受的壓力過大，還要在靠老塘的一側(cè)增設(shè)木垛。
5 結(jié)語
回采工作面的特殊地段因為各自特殊的地質(zhì)條件或工程性質(zhì)而使得其頂板容易變形，最終導(dǎo)致頂板事故，因此在對這些地段的頂板進(jìn)行管理時要與實際的各項因素相結(jié)合，將科學(xué)的管理技術(shù)應(yīng)用到實踐中去，保證煤礦工程頂板的安全，最終實現(xiàn)煤礦開采的科學(xué)化、安全化、可靠化。
