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摘要：随着经济的快速发展，社会生产生活对煤矿的依赖程度越来越高。在煤矿生产与开采过程中，应始终坚持“安全第一”的生产与管理原则，将安全放在首位，以确保煤矿生产活动顺利进行。回采工作面矿压与顶板管理作为煤矿生产安全管理工作中的重要内容，矿压显现可能会给煤巷开采工作带来危害，严重可造成工作面的坍塌，直接危害着生产工人的生命安全。笔者结合自身多年的工作经验，对煤矿回采工作面矿压与顶板管理方式进行了分析，以期对煤矿安全生产提供理论依据。
关键词：煤矿生产 回采工作面 顶板管理
0 引言
在煤矿生产与开采活动中，回采工作面矿压与顶板管理作为管理工作的重点，一旦矿压不正常都会对煤矿工作造成不同程度的影响。就相关数据分析表明，在众多煤矿事故中，约有50%的开采事故都是由于顶板问题引发的，因此煤矿企业必须重视顶板安全管理，确保煤矿生产工人的生命财产安全。同时，地下开采或者山体开采作业仍然存在较大的挑战与困难，在实际开采过程中，年产量60万吨以上及大型现代化矿井大多采用走向长壁采煤法，必须着重回采工作面两巷和落山，加强工作面顶板和煤帮管理等，以便采取行之有效的措施，确保煤矿生产工作顺利进行。
1 矿山压力及其危害
在对地下煤岩石开采之前，由于自重作用在其内部引起的应力称为原岩应力。由于开采前煤岩体处于静止状态，在对巷道进行掘进或者开采工作面时，破坏了原来应力的平衡状态，那么岩体内部的应力势必会重新分布。在超过煤、岩石的极限强度后，重新分布后的应力往往破坏巷道和工作面周围的煤和岩，直到煤、岩内再次形成新的应力平衡为止。此时，煤巷和回采工作面在二次应力场下，形成一个与原来应力截然不同的新的应力场，开采活动在煤、岩和支护物上引起的力就称为矿山压力。通常情况下，煤矿在矿山压力作用下会发生一系列的变化，出现诸多力学现象，比如围岩变形、挤入巷道、冒落、支架变形、坍塌、巷道底鼓等。因此，矿山压力必然会给回采工作面带来不同程度的危害，从而对整个煤矿生产工作造成影响，严重会导致工作面或回、进风巷垮塌，再掌握不好周期压力，如果采区准备巷道预留煤柱偏小，很可能会对采区准备巷道压垮、影响通风和运输，造成不可估量的经济损失或人员伤亡。
2 回采工作面顶板分类
虽然各种煤层埋藏深度和地质构造不同，但处理采空区、支护工作面的主要目的仍是控制围岩，避免其被破坏、变形等，为生产工人提供一个安全的工作空间。在对回采工作面支护过程中，主要是对顶板岩层进行支护，且采空区处理和工作面支护、两巷管理都称为顶板管理。顶板管理根据岩层和煤层的相对特性与位置，分为以下几种：
①伪顶。伪顶是位于煤层之上、厚度不大、易垮落、由碳质页岩组成的岩层，时常会随着落煤垮落，且厚度通常在0.3-0.5m以下，不管是一次采全高的巷道和厚煤层放顶煤工艺，伪顶都会随工作面的推进随采随垮。
②直接顶。直接顶是位于煤层或者伪顶之上的岩石，往往由泥质页岩、砂质页岩等组成，一层或者多层。一般情况下，如果撤回支架，直接顶就会垮塌，如遇坚硬的砂质泥岩也会随放顶步距的加大会垮落。
③老顶。老顶指直接顶上方一定距离内、坚硬且厚重的岩层。老顶一般由砂岩、砂砾、石灰岩等组成，位于直接顶之上或可能位于直接煤之上。往往老顶不会直接垮落，并且在采空区上方维持很大的悬露面积，随支架拉移达到一定距离后，老顶垮落，工作面出现初次来压，顶板和煤帮压力增大，之后随工作面推进出现周期来压。
如果按照顶板管理分类，可以分为以下几种：
①中等垮落性顶板。直接顶一般厚，为松软的岩层，往往会随着回柱、移架而垮落，但是垮落的岩石块难以填满采空区。
②坚硬顶板。坚硬顶板包括难垮落的顶板和极难垮落的顶板。在这两种情况下，老顶岩石往往直接覆盖于煤岩层上方，不会随着回柱、移架而垮落，由于该层岩石比较厚且坚硬，有时会悬露相当大的面积而不会垮落。
③塑性弯曲顶板。由于直接顶具有一定的厚度和硬度，回柱后会呈现塑性弯曲下沉而非垮落，并逐渐与底板接触，发生在工作面落山的顶板会逐渐下沉，直至形成自然平衡拱。
3 回采工作面矿压和顶板管理与控制措施分析
3.1 类拱式结构顶板控制与管理。对类拱式结构顶板控制需要遵循的原则是“支与护”。这种控制方式主要是通过一定的支护强度对煤矿回采工作面及采空区上方类拱式结构的失稳条件或者状态进行平衡，这时采用的支柱初撑力需要平衡于直接顶的岩石重量。工作面需要支架或支柱达到规定的初撑力，两巷落山采用铺设塑料网或金属网护顶、支设切顶密柱，巷道超前维护可以打加长的锚索进行补强支护，确保直接顶的完整性，对类拱式结构顶板进行有效的控制，提高回采工作面顶板管理的水平，避免产生较大的矿压给工作带来影响。
3.2 拱梁式结构顶板的控制与管理。拱梁式结构顶板的控制原则是“支”，支主要是指所选用的支护强度应能够支撑住直接顶的岩石重量，并尽可能减少直接顶和老顶之间的离层。同时，还需要对采空区上方拱梁式结构以及工作面空间的失稳状态得以平衡，支架顶梁要支撑住顶板，不能压成“死架”，同时掘进时两巷要采用主动支护，即使用打锚索、锚杆的方式等，超前维护要达到200米以上。
3.3 梁式结构顶板控制与管理。梁式结构顶板控制的原则是“支与让”。由于直接顶比较完整且坚硬，为减少矿压强度，应强制采用放顶法对顶板进行处理，并通过支柱可缩量的调节，使其能更好的适应于梁-拱梁式结构与梁式结构顶板并存的状态，避免直接顶断裂下沉。这就要求工作面推进的速度必须大于周期压力的来压步距，当老顶来压时，压力始终在落山侧，对工作面煤帮的压力减小，避免发生滚帮、塌顶的事故。如阳煤集团二矿开采的15号煤层，当工作面推进到40米以后，老顶才会垮塌造成裂隙，上巷高抽巷才会抽放瓦斯，解决落山角瓦斯大的问题，同时两巷的超前距离也会缩短，支设π型梁的排数也会减少。
3.4 整体垮塌式顶板结构控制与管理。整体垮塌式顶板结构控制与管理的原则是“支”，整体垮塌式顶板结构顶板的周期来压并不明显，在回采工作面的主裂隙发育方向平行于工作面方向时，会导致弯坏的顶板变为剪切破坏，直接顶薄弱的部分区域，基本顶形成垮塌式结构。在采用“支”方式对该结构进行控制前，需要通过强制放顶，弱化顶板来压强度，将裂隙方向与工作面方向的夹角调节到大于12°，从而使采用的支护强度能平衡采空区与工作面的压力，避免出现局部整体垮塌式的形式，有效的提高了顶板管理水平和质量，确保回采工作面开采活动的顺利进行。
3.5 采用新技术合理分析顶板来压规律。我们要从掘进工作面顺槽开始就加强顶板压力监测，原先是通过顶板离层仪观测巷道的压力变化，现在可以从掘进时就安设在线监测压力表，从掘进至回采完结束，不定期的对顶板变化的时间、压力大小通过压力数据转换为数字的形式同电脑连接起来，制成压力变化图表。从而分析出某一号煤层开掘、开采后的压力变化数据，提供有用的压力参数，指导生产实践中在哪一时间采取哪种防范措施。
4 总结
在煤矿安全生产管理中，煤矿回采工作面矿压与顶板管理是其最重要的组成部分。由于矿山压力可能会给回采工作面造成不同程度的危害，那么煤矿企业必须针对各种煤层的覆存地质条件、开采经验、现代科学新技术的应用如掘进和回采期间的矿压在线监测，结合回采工作面顶板的实际特点，采用不同的顶板管理与控制原则与方式，提高顶板管理的质量与效率，从而避免过大的矿压给工作面造成危害，确保煤矿生产活动顺利进行。
参考文献：
[1]刘海旗.试析煤矿回采工作面矿压与顶板管理[J].江西煤炭科技，2014，01：91-93.
[2]张德良.浅析煤矿回采工作面矿压与顶板管理[J].科技信息，2010，32：341.
[3]李虎威.基于MATLAB/VC的回采工作面顶板管理系统研究[D].西安科技大学，2009.
关键词：煤矿生产 回采工作面 顶板管理
0 引言
在煤矿生产与开采活动中，回采工作面矿压与顶板管理作为管理工作的重点，一旦矿压不正常都会对煤矿工作造成不同程度的影响。就相关数据分析表明，在众多煤矿事故中，约有50%的开采事故都是由于顶板问题引发的，因此煤矿企业必须重视顶板安全管理，确保煤矿生产工人的生命财产安全。同时，地下开采或者山体开采作业仍然存在较大的挑战与困难，在实际开采过程中，年产量60万吨以上及大型现代化矿井大多采用走向长壁采煤法，必须着重回采工作面两巷和落山，加强工作面顶板和煤帮管理等，以便采取行之有效的措施，确保煤矿生产工作顺利进行。
1 矿山压力及其危害
在对地下煤岩石开采之前，由于自重作用在其内部引起的应力称为原岩应力。由于开采前煤岩体处于静止状态，在对巷道进行掘进或者开采工作面时，破坏了原来应力的平衡状态，那么岩体内部的应力势必会重新分布。在超过煤、岩石的极限强度后，重新分布后的应力往往破坏巷道和工作面周围的煤和岩，直到煤、岩内再次形成新的应力平衡为止。此时，煤巷和回采工作面在二次应力场下，形成一个与原来应力截然不同的新的应力场，开采活动在煤、岩和支护物上引起的力就称为矿山压力。通常情况下，煤矿在矿山压力作用下会发生一系列的变化，出现诸多力学现象，比如围岩变形、挤入巷道、冒落、支架变形、坍塌、巷道底鼓等。因此，矿山压力必然会给回采工作面带来不同程度的危害，从而对整个煤矿生产工作造成影响，严重会导致工作面或回、进风巷垮塌，再掌握不好周期压力，如果采区准备巷道预留煤柱偏小，很可能会对采区准备巷道压垮、影响通风和运输，造成不可估量的经济损失或人员伤亡。
2 回采工作面顶板分类
虽然各种煤层埋藏深度和地质构造不同，但处理采空区、支护工作面的主要目的仍是控制围岩，避免其被破坏、变形等，为生产工人提供一个安全的工作空间。在对回采工作面支护过程中，主要是对顶板岩层进行支护，且采空区处理和工作面支护、两巷管理都称为顶板管理。顶板管理根据岩层和煤层的相对特性与位置，分为以下几种：
①伪顶。伪顶是位于煤层之上、厚度不大、易垮落、由碳质页岩组成的岩层，时常会随着落煤垮落，且厚度通常在0.3-0.5m以下，不管是一次采全高的巷道和厚煤层放顶煤工艺，伪顶都会随工作面的推进随采随垮。
②直接顶。直接顶是位于煤层或者伪顶之上的岩石，往往由泥质页岩、砂质页岩等组成，一层或者多层。一般情况下，如果撤回支架，直接顶就会垮塌，如遇坚硬的砂质泥岩也会随放顶步距的加大会垮落。
③老顶。老顶指直接顶上方一定距离内、坚硬且厚重的岩层。老顶一般由砂岩、砂砾、石灰岩等组成，位于直接顶之上或可能位于直接煤之上。往往老顶不会直接垮落，并且在采空区上方维持很大的悬露面积，随支架拉移达到一定距离后，老顶垮落，工作面出现初次来压，顶板和煤帮压力增大，之后随工作面推进出现周期来压。
如果按照顶板管理分类，可以分为以下几种：
①中等垮落性顶板。直接顶一般厚，为松软的岩层，往往会随着回柱、移架而垮落，但是垮落的岩石块难以填满采空区。
②坚硬顶板。坚硬顶板包括难垮落的顶板和极难垮落的顶板。在这两种情况下，老顶岩石往往直接覆盖于煤岩层上方，不会随着回柱、移架而垮落，由于该层岩石比较厚且坚硬，有时会悬露相当大的面积而不会垮落。
③塑性弯曲顶板。由于直接顶具有一定的厚度和硬度，回柱后会呈现塑性弯曲下沉而非垮落，并逐渐与底板接触，发生在工作面落山的顶板会逐渐下沉，直至形成自然平衡拱。
3 回采工作面矿压和顶板管理与控制措施分析
3.1 类拱式结构顶板控制与管理。对类拱式结构顶板控制需要遵循的原则是“支与护”。这种控制方式主要是通过一定的支护强度对煤矿回采工作面及采空区上方类拱式结构的失稳条件或者状态进行平衡，这时采用的支柱初撑力需要平衡于直接顶的岩石重量。工作面需要支架或支柱达到规定的初撑力，两巷落山采用铺设塑料网或金属网护顶、支设切顶密柱，巷道超前维护可以打加长的锚索进行补强支护，确保直接顶的完整性，对类拱式结构顶板进行有效的控制，提高回采工作面顶板管理的水平，避免产生较大的矿压给工作带来影响。
3.2 拱梁式结构顶板的控制与管理。拱梁式结构顶板的控制原则是“支”，支主要是指所选用的支护强度应能够支撑住直接顶的岩石重量，并尽可能减少直接顶和老顶之间的离层。同时，还需要对采空区上方拱梁式结构以及工作面空间的失稳状态得以平衡，支架顶梁要支撑住顶板，不能压成“死架”，同时掘进时两巷要采用主动支护，即使用打锚索、锚杆的方式等，超前维护要达到200米以上。
3.3 梁式结构顶板控制与管理。梁式结构顶板控制的原则是“支与让”。由于直接顶比较完整且坚硬，为减少矿压强度，应强制采用放顶法对顶板进行处理，并通过支柱可缩量的调节，使其能更好的适应于梁-拱梁式结构与梁式结构顶板并存的状态，避免直接顶断裂下沉。这就要求工作面推进的速度必须大于周期压力的来压步距，当老顶来压时，压力始终在落山侧，对工作面煤帮的压力减小，避免发生滚帮、塌顶的事故。如阳煤集团二矿开采的15号煤层，当工作面推进到40米以后，老顶才会垮塌造成裂隙，上巷高抽巷才会抽放瓦斯，解决落山角瓦斯大的问题，同时两巷的超前距离也会缩短，支设π型梁的排数也会减少。
3.4 整体垮塌式顶板结构控制与管理。整体垮塌式顶板结构控制与管理的原则是“支”，整体垮塌式顶板结构顶板的周期来压并不明显，在回采工作面的主裂隙发育方向平行于工作面方向时，会导致弯坏的顶板变为剪切破坏，直接顶薄弱的部分区域，基本顶形成垮塌式结构。在采用“支”方式对该结构进行控制前，需要通过强制放顶，弱化顶板来压强度，将裂隙方向与工作面方向的夹角调节到大于12°，从而使采用的支护强度能平衡采空区与工作面的压力，避免出现局部整体垮塌式的形式，有效的提高了顶板管理水平和质量，确保回采工作面开采活动的顺利进行。
3.5 采用新技术合理分析顶板来压规律。我们要从掘进工作面顺槽开始就加强顶板压力监测，原先是通过顶板离层仪观测巷道的压力变化，现在可以从掘进时就安设在线监测压力表，从掘进至回采完结束，不定期的对顶板变化的时间、压力大小通过压力数据转换为数字的形式同电脑连接起来，制成压力变化图表。从而分析出某一号煤层开掘、开采后的压力变化数据，提供有用的压力参数，指导生产实践中在哪一时间采取哪种防范措施。
4 总结
在煤矿安全生产管理中，煤矿回采工作面矿压与顶板管理是其最重要的组成部分。由于矿山压力可能会给回采工作面造成不同程度的危害，那么煤矿企业必须针对各种煤层的覆存地质条件、开采经验、现代科学新技术的应用如掘进和回采期间的矿压在线监测，结合回采工作面顶板的实际特点，采用不同的顶板管理与控制原则与方式，提高顶板管理的质量与效率，从而避免过大的矿压给工作面造成危害，确保煤矿生产活动顺利进行。
参考文献：
[1]刘海旗.试析煤矿回采工作面矿压与顶板管理[J].江西煤炭科技，2014，01：91-93.
[2]张德良.浅析煤矿回采工作面矿压与顶板管理[J].科技信息，2010，32：341.
[3]李虎威.基于MATLAB/VC的回采工作面顶板管理系统研究[D].西安科技大学，2009.