浅谈小煤矿软岩煤层顶底板管理与安全Word格式文档下载.docx

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工作面地质条件

2.1.1 

1554运输平巷地质条件

1554运输平巷沿煤层走向开掘，开掘范围地表覆盖第四系松散粘土、粉质粘土层，其厚度变化较大，厚0.3～1.6m，局部更厚，可～硬塑状，强度较低，顶底板岩层总体呈强风化，裂隙较发育，成岩程度低，为软质岩石。

煤层形态有时表现为向斜，有时表现为单斜，有时又表现为向斜和背斜，但起伏都较小，有1-2米小断层。

2.1.2 

201采煤工作面地质条件

201采煤工作面地表覆盖第四系松散粘土、粉质粘土层，其厚度变化较大，厚0.3～1.6m，局部更厚，可～硬塑状，强度较低，为松散岩组。

下伏第三系粘土岩、粉砂质粘土岩呈强风化，裂隙较发育，成岩程度低，为软质岩石。

无大的断裂通过，仅分布小的断层，地质构造简单。

2.2 

巷道布置

2.2.1 

1554运输平巷巷道布置

1554运输平巷水平标高1554米，从井底车场沿煤层走向向西布置，巷道布置在煤层下部，巷道临时支护形式为梯形木支护，要求箱木能满足顶宽2.2m，高度2.2m，底宽3.5m，棚距0.7m，预制砖2.2米全圆拱砌碹二次成巷。

2.2.2 

201采煤工作面巷道布置

201采煤工作面采用倾斜长壁垮落法采煤（一次性采全高），两巷沿煤层顷向向下布置，包括开切眼在内，三条巷道跟煤层底板施工，其支护方式各规格分别为：

工作面两巷均为11号矿用工字钢梯形棚支护，规格为棚柱长度要求2.4米，梁头长度要求1.82米。

开切眼采用木支架支护（鸭嘴棚支护）时，一梁两腿为一架，两架并拢为一抱，且支护时必须采用抱木支护，1m一抱，支架规格为1.8×

2.0m。

2.3 

工作面装备

201采煤工作面运输斜巷采用sgb-320/17b型刮板输送机2台，采煤工作面采用jdsb-5.5型刮板输送机1台，jh-8型回柱绞车1台。

3 

顶板的管理及采取的措施

3.1 

顶板事故原因分析

我们通过长期的生产实践，对掘进工作面及采煤工作面的顶板事故进行分析，认为导制顶板事故的原因主要分为以下几类。

3.1.1 

顶板的原因

地质构造的原因：

由于地层运动过程中，受到水平挤压作用，产生许多断层、褶曲等。

在这些断层褶曲附近，又产生许多纵横交错的次生构造，形成裂隙带、破碎带当顶板暴露后，如果顶板支护不及时、支护质量不好或支护方式不当，这些破碎的岩石就可能冒落，导致顶板事故发生。

动压影响的原因：

在超前支承压力特别是周期压力的作用下，顶板岩石内的原生裂隙破碎带进一步扩展加大，并造成新的裂隙使岩石更加破碎，诱发冒顶事故。

当超前支承压力特别是周期压力超过煤壁自身强度时，煤壁产生片帮，造成梁端距加大，致使空顶距加大。

这也会诱发冒顶事故。

3.1.2 

支护上的原因

支护不及时的原因：

在生产过程中，由于没能及时挂梁、前探梁前窜不及时、贴帮柱、临时柱支设不及时，致使暴露的顶板得不到及时支护和控制，造成冒落事故。

支护质量不好的原因：

支柱支设角度不对，做不到迎山有力；

柱窝深度不够，顶板及两帮没有备实；

棚距过大，空顶面积过大；

支柱没有“穿鞋戴帽”造成支柱失效。

这些支护质量问题都会诱发冒顶事故。

支护施工不当的原因：

施工过程中由于没有严格按技术要求施工，造成了空顶空帮现象而导制顶板事故的的发生

3.1.3 

管理的原因

在对顶板管理的过程当中，对施工地点的地质条件不清楚、没能掌握巷道开掘后围岩的范围及围岩应力分布情况、没有严格按设计要求施工、没有严格执行作业规程，违章指挥和违章作业等也能导制顶板事故的发生。

3.2 

顶板安全管理采取的措施

通过对面前冒顶事故的原因分析，在长期实践中我们对防治面前冒顶事故主要采取以下措施：

①加强地质预测预报工作和矿压观测工作，准确掌握工作面前方地质情况和矿山压力分布情况，及时准确地采取措施加强面前支护，防止冒顶事故的发生。

②及时支设贴帮柱，防止由于煤壁片帮导致梁端面距加大，引起冒顶。

一旦煤壁出现片帮要加设前探木板梁，使顶板及时得到有效的控制。

③加强支护质量管理。

木棚、支柱支设要迎山有力，严格按质量标准架设木棚及支柱，木棚要帮顶要备实，打紧木楔，支柱要“穿鞋戴帽”，保证支柱支撑有力。

④合理选择工作面两巷的断面尺寸和几何形状。

支护强度要适当加大，断面尺寸要适当减小，几何形状要求拱顶尽量平缓。

⑤加强工作面两巷超前支护。

在超前支护工作中既要治顶，又要治底，还要治帮，做到顶底帮综合治理，尽量使巷道不底臌不片帮、不失稳、不下沉，减轻顶板下沉松动。

⑥加大开切眼两端头的支护强度和密度，保证有效支护。

⑦在工作面刮板运输机机头机尾维修、更换和推移过程中，要尽量少替换支柱，对卸下来的主柱要及时补设，尽量减轻顶板的反复松动。

⑧工作面布置的设备机窝断面要尽量减小，并保证支护强度和密度。

⑨十字口和丁字口一定要架抬棚，并且保证支护强度和密度。

砌碹巷道要保证拱成圆形并且拱顶及两帮一定要用料石充填严实，以保证全圆拱的支护强度。

⑩缩短采煤工作面的长度，由原来的80米减至50米。

3.3 

掘进工作面与采煤工作面的支护方式

清水沟煤矿掘进工作面大体采用三种支护方式：

全圆拱砌碹、梯形木支护、梯形工字钢支护。

清水沟煤矿采煤工作面采用支架支护方式为：

矩形木支架支护，碗口抱木（即一梁二柱为一架，两架为一抱）。

回采工作面的特殊支护形式主要包括：

一是采煤工作面机头机尾支护，工作面回采过程中，要求根据压力变化情况，及时通过架设木垛、打斜撑、戗柱等方式进行加强支护；

二是回柱过程中对支架的加固，要求在回柱前必须对后方支架打超前托棚或斜撑进行加固，确保支架安全稳定。

3.3.1 

全圆拱砌碹支护工艺

全圆拱砌碹为2.1×

2.2梯形木支护扩巷（临时支护），棚距可根据巷道围岩情况来定（0.5米～1米），临时梯形木支护掘进至离砼好全圆拱接头2m后砼预制砖全圆拱砌碹支护二次成巷，一个周期砼全圆拱1.6米。

下面以1554运输平巷为例对全圆拱砌碹步骤进行叙述。

扩巷时梯形木支护支护工艺（临时）：

1、以标定方位为中线扩洗断面，巷道沿标定腰线走，巷道毛断面顶宽2.5米、底宽3.5米、垂高2.2米。

巷道净断面顶宽2.1m、底宽3m、高2.2m。

2、坑木直径要求0.15米以上，枇柴直径要求0.08米以上，坑柱长度要求2.4米，梁头长度要求2.4米。

3、梯形木支护要有迎山角，不能有退山。

4、架棚前首先看好中线、腰线，量取棚距，并按中线拉三角线找正架棚方向，确立棚腿位置，挖够腿窝深度（0.2～0.3米），清出实底，栽好柱腿再上梁，并严格做到梁腿亲口严密，上梁后再一次校正中腰线及迎山角是否达到标准，然后才能盘帮勾顶，打好支撑。

背板不得出现单数，若木质构件不直，必须弓背朝上朝帮。

5、梁、腿亲口接一定要严密，并在梁腿接口处与顶帮围岩之间用四个角楔楔紧，木楔应向工作面方向打紧；

梁腿接合处不吻合时，应调整梁腿斜度和方向，严禁在缝口处打入木楔；

木支护之间要在梁和棚腿打4～5棵撑柱以加强支架在巷道轴线方向上的稳定性。

6、架设梯形棚前探梁应遵守下列规定

（1）、架设木棚所用的前探梁必须扎实有效，并符合规定；

（2）、前探梁长度不得小于3.5米；

（3）、在前探梁上应用横放方木接顶，并用板皮、木楔固紧，接顶方木必须略高于后方的棚梁；

（4）、严禁空顶作业，空顶距不得超过0.2米。

砼预制砖全圆拱砌碹支护工艺：

1、清基：

在已扩好的巷道中，以腰线为准，进行卧底，卧底深度以腰线下1.27m，巷道底板修整成半园形。

2、座浆砌碹底拱：

在已修整好的圆弧形底板上用拱砖从中心线投影点向巷道两侧同时砌碹，当砌碹至梯形巷道底平线后，必须边砌碹边抹面并用料石回填圆拱两侧空隙处，同时用人工夯实。

当砌碹至腰线下15cm时，圆拱两侧需预留拱架安装横木底插孔。

3、拱架安装：

①、当砌碹到腰线上一层砖后，进行拱架安装，首先将拱架横木插装到预留底插孔中，以拱巷腰线为准，调整好横木，打好顶撑木，将横木与撑木固定。

②、将拱架安装在拱枕木上，每米三架，拱距0.9m，以中腰线为准调整好拱架及拱顶高。

将拱架与枕木连续稳固，并用拱板将拱顶调整固定好。

砌碹拱顶：

①、首先在拱架两侧各按一块拱板，将其直接从拱架外圆插压在枕木上，并每米打一颗横撑木将两边底拱枕木撑实。

用模板搭在拱横木上，搭好工作平台。

②、拱两边同时操作，加一块拱板，拱一层砖，并及时回填夯实空隙部分。

③、收拱顶：

在拱到还有6层拱砖时，必须注意前后口的尺寸，调整灰缝距离灰缝砂浆捣固饱满，充填拱顶。

5、拆拱架：

①拆拱架首先将枕木与横木之间的脱碶打开，使拱架与拱脱离，然后再逐步拆除拱架和拱板，最后拆除拱横木和撑木。

②、拱架拆除后必须将预留的插孔用砖砌好，清理巷道、铺砂接道。

安全技术措施：

①、扩巷时必须从下到上，从外到里进行施工，支护棚距根据巷道顶板和侧帮情况进行调整（0.6－1m之间），巷道顶板和侧帮必须用皮柴背实。

棚脚入土0.2～0.3m。

②、扩巷后必须及时砌碹，砌碹用100﹟水泥砂浆（水泥：

砂：

水＝1：

6：

0.9），灰缝1cm，砂浆均匀饱满，拱砖错缝支砌连续完成，拱背充填夯实。

③、拆拱架时，必须先逐步脱开脱碶，确认圆拱无任何安全隐患后方可拆除拱架。

④、砌碹时，要两边同时砌碹，并随时注意拱架的位移情况，移位超过2cm时必须采取措施校正后方可继续砌碹。

如在施工中发现异常情况，必须立即撤出所有施工人员，查明情况，进行有效处理后，再确保安全的前提下方可继续施工。

3.3.2 

梯形工字钢支护工艺

梯形工字钢支护主要用于采煤工作面运输巷、回风巷等一些主要巷道，在一些底鼓严重的巷道还要加装地梁，梯形工字钢支护步骤如下：

1、以标定方位为中线扩洗断面，巷道沿标定腰线走，巷道净断面：

顶宽1.6m、底宽2.6m、净高2m。

巷道毛断面：

顶宽2m、底宽2.8m、垂高2.2m。

2、工字钢采用11号矿用工字钢，枇柴直径要求0.08米以上，棚柱长度要求2.4米，梁头长度要求1.82米。

3、梯形工字钢支护要有迎山角，不能有退山。

4、需要加装地梁的巷道要在安装地梁的位置清理基槽，待工字钢棚架好后把木质地梁安装到基槽上并在棚腿的卡口上卡实，地梁与地梁之间用批柴备实。

5、架棚前首先看好中线、腰线，量取棚距，并按中线拉三角线找正架棚方向，确立棚腿位置，挖够腿窝深度（0.2~0.3米），清出实底，栽好柱腿再上梁，并严格做到梁腿亲口严密，上梁后再一次校正中腰线及迎山角是否达到标准，然后才能盘帮勾顶，打好支撑。

6、梁、腿亲口接一定要严密，并在梁腿接口处与顶帮围岩之间用四个角楔楔紧，木楔应向工作面方向打紧；

工字钢支护之间要在梁和棚腿打4~5棵撑柱以加强支架在巷道轴线方向上的稳定性。

7、架设梯形棚前探梁应遵守下列规定

3.3.3 

回采工作面支护工艺

工作面采用人工打眼强制放顶煤或手镐落煤的生产工艺，刮板输送机运煤，人工拆移刮板输送机，回柱绞车回支架。

具体包括移刮板运输机、回柱、落煤等工序。

采煤工作面做到支架、溜子直，上、下安全出口畅通。

1、支架架设质量标准：

所用坑木直径不小于14cm，木距0.6m。

支架必须支在煤层实底上，支架架设成碗口木（一梁二柱为一架，两架靠拢为一抱）；

木支架规格为1.8m×

1.8m（即梁长1.8m，柱长1.8m），巷道净宽为1.4m，净高为1.65m，柱窝深度0.15m，梁头支成水平状；

煤壁顶板背6块背板，煤帮背4块；

煤壁外侧距刮板输送机1m净空支木，煤壁内侧距刮板输送机边2.4m净空支木，梁与柱应保持垂直，不得空顶空帮，必须接严背实，要求支架整齐对正。

初次来压或周期来压时，可根据情况适当缩小间距。

2、工作面端头支护：

工作面上下出口支成十字台棚，坑木直径不小于20cm，台棚柱、梁均长1.8m，配三根顶梁。

3、回柱放顶：

回木人员必须相对固定，回柱栓木工必须由责任心强、技术经验过硬、安全意识强的人员担任。

回柱绞车应设置应在支架稳、顶板完好的地点，并打好顶柱，绞车前方3～5m范围横拦一根直径不小于18㎝的坑木作钢绳护拦，在回柱地点必须超前10m打好正反斜撑、加固刮溜子巷支架，回柱程序应“由里到外、由下而上”依次回收，回出的支架及时抬至安全地点并堆码好，及时背好放煤口。

4、进入落煤区放顶煤时，必须保证两个畅通的安全出口，放煤过程中，必须严格执行“敲帮问顶”和“设专人观察顶板”制度。

结论：

通过对顶板管理措施的改革，把原有的支护方式改为现在的全圆拱支护、梯形工字钢支护、回采工作面的抱木支护，实践证明这些方法都是行之有效的，在小煤矿软岩巷道中可大力推广。

但是回采工作面属非正规循环作业，这是不可取的，清水沟煤矿正在进行技术改造，设计采用悬移顶梁支架支护，这样既符合安全要求，又可减轻小煤矿的经济压力。

参考文献：

【1】《采矿工程设计手册》煤炭工业出版社

【2】软岩顶板事故原因分析及防治措施《煤炭工程师》1997年第二期。