頂板治理難題如何破解?

同煤集團(tuán)的經(jīng)驗(yàn)是：堅(jiān)持預(yù)防為主、統(tǒng)籌兼顧、多措并舉、防治結(jié)合、綜合治理二十字方針，樹立理論、技術(shù)、裝備、管理四并重理念，采用避讓優(yōu)先、卸支同步治理手段，運(yùn)用跳采、小(無)煤柱、地面壓裂、水壓致裂、聚能爆破、鏈臂鋸智能切縫、大噸位支架、無反復(fù)超前支架、掘錨一體支護(hù)等多項(xiàng)治理措施

頂板災(zāi)害是煤礦五大自然災(zāi)害之一。加強(qiáng)頂板災(zāi)害防治是杜絕安全事故發(fā)生的有效手段。

理論、裝備、技術(shù)、管理作用大

大同礦區(qū)為雙系賦存煤田，開采歷史久，煤層多。以開采煤系劃分，該煤田主要有侏羅系和石炭系兩類煤層。

侏羅系煤層中，頂板及上覆圍巖特別堅(jiān)硬，屬于典型的“三硬”條件。石炭系頂煤、頂板堅(jiān)硬，給頂板管理及安全高效生產(chǎn)帶來很大困難。

同時(shí)，侏羅系煤層對石炭系煤層影響大。石炭系20米特厚煤層一次開采時(shí)，采場空間大，影響范圍大，在礦區(qū)地質(zhì)動力環(huán)境、雙系煤層采動相互作用下，侏羅系采空區(qū)煤柱集中應(yīng)力石炭系煤層覆巖破斷失穩(wěn)、臨空動壓多因素共同作用導(dǎo)致石炭系礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈，頂板管理困難。

從生產(chǎn)實(shí)踐來看，順序開采、大煤柱(38米)條件下，臨空動壓開采遠(yuǎn)場結(jié)構(gòu)失穩(wěn)強(qiáng)烈，回轉(zhuǎn)運(yùn)動對臨空巷道產(chǎn)生沿巷道斷面徑向的擠壓力，造成臨空順槽強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)，變形嚴(yán)重，甚至合口。

多年來，同煤集團(tuán)堅(jiān)持問題導(dǎo)向，針對頂板現(xiàn)狀及問題，勇于創(chuàng)新，積極開展研究實(shí)踐，探尋科學(xué)的防治理念、有效的防治手段、可靠的防治措施，形成完整的頂板治理體系，即堅(jiān)持預(yù)防為主、統(tǒng)籌兼顧、多措并舉、防治結(jié)合、綜合治理二十字方針，樹立理論、技術(shù)、裝備、管理四并重理念，采用避讓優(yōu)先、卸支同步治理手段，運(yùn)用跳采、小(無)煤柱、地面壓裂、水壓致裂、聚能爆破、鏈臂鋸智能切縫、大噸位支架、無反復(fù)超前支架、掘錨一體支護(hù)等多項(xiàng)治理措施，有效解決了頂板堅(jiān)硬及礦壓帶來的問題，確保安全生產(chǎn)。

在頂板治理體系中，理論、裝備、技術(shù)、管理作用重大?？茖W(xué)理論是基礎(chǔ)，先進(jìn)裝備是關(guān)鍵，有效技術(shù)是支撐，管理到位是保障，四者關(guān)系密切、缺一不可，互為關(guān)聯(lián)支撐。

研發(fā)新技術(shù)，提供理論依據(jù)

同煤集團(tuán)研發(fā)了大尺度原位連續(xù)監(jiān)測技術(shù)，確立了大空間覆巖“懸臂梁+砌體梁+高位結(jié)構(gòu)”，建立了大空間采場覆巖結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，揭示了遠(yuǎn)近場結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的礦壓作用機(jī)理，為頂板防治提供了理論依據(jù)。

對于強(qiáng)礦壓治理，必須采取避讓優(yōu)先、卸支同步的綜合治理手段。如何進(jìn)行避讓?主要應(yīng)用跳采、小煤柱、無煤柱方法。長期的順序開采使上工作面采空區(qū)穩(wěn)定期短，造成臨空順槽壓力疊加變形嚴(yán)重。對此，要實(shí)施跳采，根據(jù)儲量、戰(zhàn)場布置、采掘銜接實(shí)現(xiàn)多層位、多盤區(qū)跳采，避免臨空布置工作面，延長穩(wěn)定期，有效避免采掘交鋒，實(shí)現(xiàn)源頭避壓。

大力實(shí)施小煤柱開采，根據(jù)壓力分布將順槽留在卸壓區(qū)，從煤柱留設(shè)上減壓、讓壓，把順槽的集中壓力讓到工作面。同煤集團(tuán)在推廣應(yīng)用小煤柱技術(shù)的基礎(chǔ)上，引進(jìn)試驗(yàn)、推廣應(yīng)用自動切頂成巷無煤柱開采技術(shù)，不留煤柱，切斷應(yīng)力傳遞，實(shí)現(xiàn)真正避壓。

采取避壓措施后，工作面仍有壓力，怎么辦?必須進(jìn)行工程卸壓、強(qiáng)支護(hù)抗壓，支卸同步，實(shí)現(xiàn)分級預(yù)控、一礦一策、一面一策。

要想充分卸壓，必須根據(jù)引發(fā)礦壓的不同位置、不同范圍、不同強(qiáng)度，實(shí)施不同的卸壓工程。平行巷道采取掘小斷面的方式卸壓巷，巷道底板(表面)通過開卸壓槽卸壓，巷道頂板(近距離)通過打空孔、鏈臂鋸智能切縫卸壓，巷道頂板(中距離)通過水壓致裂、聚能爆破、深孔爆破卸壓，巷道頂板(遠(yuǎn)距離)通過地面壓裂卸壓。

同煤集團(tuán)與西安通源石油公司合作，共同研發(fā)地面壓裂堅(jiān)硬頂板控制采場礦壓的新方法，運(yùn)用地面垂直井壓裂技術(shù)及水平井壓裂技術(shù)，對距煤層上100米至150米范圍內(nèi)厚硬巖層進(jìn)行壓裂，弱化遠(yuǎn)場高位巖層，根治強(qiáng)礦壓難題。

同煤集團(tuán)自主研發(fā)水壓致裂技術(shù)，通過利用高壓水將預(yù)定層位頂板按設(shè)計(jì)開裂方向進(jìn)行壓裂，取代井下頂板爆破作業(yè)，應(yīng)用井下基本頂預(yù)裂技術(shù)、側(cè)向切頂卸壓技術(shù)、端頭超前預(yù)裂技術(shù)，通過人為干預(yù)改變巖層的自然垮斷屬性，將頂板來壓后的被動治理變?yōu)轭A(yù)先主動控制，有針對性地解決了石炭系特厚煤層礦壓治理難題。

多年的生產(chǎn)實(shí)踐證明，同煤集團(tuán)頂板治理體系治理成效顯著，實(shí)現(xiàn)了對頂板災(zāi)害的有效防治，確保了安全高效生產(chǎn)。

總的來看，對于煤炭企業(yè)，想要管理好頂板，必須注重基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)管理、基層落實(shí)、綜合治理，做到“五個(gè)必須”：必須圍繞理論、技術(shù)、裝備、管理四個(gè)方面開展研究實(shí)踐，將四者并重提升;必須從采掘部署、銜接安排上下功夫，源頭避讓壓力;必須采取避讓優(yōu)先、卸支同步的綜合治理手段;必須根據(jù)實(shí)際條件，分情況采取適宜有效的治理措施;必須強(qiáng)化現(xiàn)場管理，保證工程質(zhì)量。

今后，同煤集團(tuán)將進(jìn)一步深入礦壓理論研究，試驗(yàn)切頂擋矸支架及掘支一體、平行錨支快掘系統(tǒng)，研究試驗(yàn)、引進(jìn)應(yīng)用盾構(gòu)機(jī)，打造年產(chǎn)1500萬噸智能化工作面，探索開采及治理礦壓新模式，依靠理論創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、裝備升級、管理創(chuàng)新，提高技術(shù)管理及現(xiàn)場管控水平。