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摘要：针对浅埋煤层下连续采煤机顶板管理难度大的问题，系统分析了煤柱支护、人工强制顶板、充填开采等顶板管理技术的技术原理和效果。本文研究了不同顶板管理方法的优缺点。结果表明，合理留设煤柱可以有效地管理顶板，但工作面回采率低;有效的人工强制顶板可以合理控制顶板塌陷，提高工作面回采率;充填采矿可有效防止大面积顶板冒落，显著提高工作面回采率，减少甚至避免地表沉陷。
关键词：煤层长壁;顶板结构;支护阻力
引言：介绍随着连续采煤技术在晋陕蒙矿区特别是神府煤田的不断应用，在边煤开采、残煤柱开采等方面显示出巨大的优势，有效地提高了矿井回采率。地下开采需要初步了解扰动岩体平衡对地下工作面以及地表的影响。这一事实要求确定描述采矿影响的预测参数值。这些参数描述了采矿工作面周围的岩体行为及其对地表位移和变形的影响。本文通过计算浅埋煤层长壁开采和复杂岩体条件下上述参数的预测值来处理。由于对岩体特征的了解不足，计算的岩体模型被简化，因此仅使用一种计算方法是不够可靠的。考虑到采矿的后果，有必要使用更多不同的方法检查预测值。本文证明了这两种方法在检验结果时是相辅相成的。
1.煤柱支护
连续采煤机在浅埋和深埋煤层开采时，顶板由不同功能的挡煤柱支撑。通过位于劈裂、分支道路、分支入口和块闸门之间的煤柱稳定屈服，可以减少或消除浅埋煤层薄基岩顶板大面积崩落引起的动力灾害问题。从而保证连续采煤工作面的安全，同时最大限度地提高煤炭回收率。对于浅埋煤层，顶板管理的重点是薄基岩顶板作为关键层的稳定性[1]。在确保“薄基岩煤柱屈服”系统安全的基础上，系统分析了支路布置、开采顺序和支路宽度。以增加块体开采面积和煤炭回收率为目标，采矿设计人员可以确定煤柱的类型和数量，以及煤柱宽度参数。在每次劈裂之间留有一定宽度的小煤柱，在连续采煤时对顶板起到一定的支撑作用。矿工支路开采完成后，在支路闸门处留有煤柱，以避免支采区顶板突然冒落的危险。一个区块的所有分支开采完成后，留下一个大煤柱来控制该区块的悬挑区域，以避免大规模崩塌对相邻工作面的影响，有利于控制煤层自燃[2]。
2.强迫放顶
煤浅埋煤层顶板普遍较完整，节理裂隙较不发育。在连续采煤过程中，顶板很难随采随落，容易形成大面积悬移顶板。悬顶到达一定区域后，工作面顶板形成强压力区，易突然坍塌，形成飓风冲击，严重破坏生产，甚至造成人员伤亡。通过强制放顶，减少了应力集中，增加了顶板岩层中裂缝的数量、长度和深度，实现了小台阶自然垮落的控制模式，确保了工作面安全。
2.1采用履带行走式液压支架
加强对分体闸门的支护来破顶[3]，以两个行走式支架为一组，通过带压步进式提升架实现对顶板的控制，使工作面顶板随采随放，这样可以避免形成大面积的悬挑顶板。在顶板较硬且不能及时下落的情况下，可采用顶板预裂的方法进行处理，以确保悬挑顶板及时坍塌。
2.2爆破卸压
这种方法是一种通过对已形成强烈矿压危险的顶板进行爆破，通过人工干预来降低顶板应力集中的抗危险措施。通过爆破，降低了顶板的弹性模量和强度，改变了力学性能，从而增加了顶板裂缝的长度和密度，并可在小范围内局部坍塌顶板，以防止出现强矿压。爆破卸压的应用重点是确定顶板的极限坍塌面积。在悬顶面积达到极限面积前实施爆破，不仅可以有效避免顶板大面积坍塌，而且可以减少爆破次数，提高爆破效果。
2.3在坚硬顶板中进行液压预裂钻井
用于（定向）液压压裂，导致液压主裂缝和机翼分支裂缝。使用它来修改屋顶的结构，形成一个有利于屋顶断裂和坍塌的软弱表面。同时，顶板岩层吸收水分并软化[6，7]。基于顶板的结构改造和软化，顶板在地压作用下及时全部落下。现场采用液压预裂时，通常采用高压泵站与封孔机相连，向预裂孔内注水，并保持一定的压力和时间来完成预裂。持续高压注水促进了油井的膨胀。液压导致岩体表面出现裂缝，从而形成预裂裂缝和裂缝，并进一步导致顶板及时下落。
4.充填采矿连续采煤技术
是当前煤矿绿色开采技术的重要组成部分。作为解决煤炭开采环境问题和“三下”（建筑物、铁路和水体下）煤炭开采问题的有效途径[4]，它对岩层扰动小，并具有控制岩层移动和地表沉降的效果。目前我国煤矿充填技术按充填介质主要分为干式充填、膏体充填和超高水性充填。连续采煤技术具有掘进速度快、设备移动灵活、开采占用空间小等特点。该技术在采矿工艺和设备操作空间方面均能满足充填技术要求。与充填技术相结合，可实现平行开采和充填作业。充填采矿互不影响，可最大限度地发挥连续采煤充填技术的优势。在提高开采效率、保证充填效果的同时，能有效控制地表沉陷和岩层移动。根据连续采煤的技术特点，根据矿山地表建筑物的保护要求和开采条件，考虑两种主要的开采和充填方案[5]。
当连续采煤机在浅埋煤层条件下开采时，有必要通过对煤层地质条件的详细分析，结合开采工艺设计，选择合适有效的顶板管理方法，以确保安全高效的开采。设置合理的煤柱可以有效地管理顶板，避免冒顶，不会引起地表沉陷，但工作面回采率低。水力预裂技术可以有效地促进顶板裂缝的发展，诱发顶板充分及时的坍塌。爆破卸压能及时有效地降低顶板应力集中，防止强矿压的发生，是解除危险的有效途径。与二者相比，液压预裂注重预防，减少了烟火制品的使用，有利于矿山安全管理。连续采煤与充填采矿相结合，可有效防止顶板垮落，充分发挥两种技术的优势，显著提高工作面回采率，减少甚至避免地表沉陷。
数据记录器允许在2年内连续监测测压水平。由于附近工厂的间歇性地下水，观察到广泛的水位下降和恢复效应。水文曲线的标准含水层抽水试验分析允许在采矿之前、期间和之后确定透射率和蓄水率。结果表明，明显永久的采后透过率在面板边缘周围增加了149%，直接在第一个面板上增加了234%。开采后的存储率基本保持不变。然而，在最近的进近过程中，第二个长壁面板的影响最大，这也在第一个面板上造成了一些额外的沉降，此时峰值透过率增加了1979%，储能率增加了625%。在此阶段还观察到异常、旋回内和恢复下降事件，并解释为表明含水层组构内裂隙的快速采矿引起膨胀和压缩。结果与在美国煤田相对较浅深度（<220 m）进行的类似调查一致。然而，在更大深度开采仍然会对浅层含水层产生重大影响，这意味着增加含水层补给、离子井产量以及可能增加的污染物迁移率。
结束语：浅埋深度是该地区煤层赋存的共同特征。作为工作面安全高效生产工作的重中之重，本文分析了不同的顶板管理技术，探讨了相关技术应用的优缺点，以期为煤矿现场安全生产提供一些参考。
参考文献
[1] 黄庆享. 浅埋煤层长壁开采顶板结构及合理支护阻力研究[C]. //中國岩石力学与工程学会第七次学术大会论文集.北京：中国科学技术出版社， 2002：492-494.
[2] 解兴智. 浅埋煤层房柱式采空区下长壁开采覆岩活动规律研究[D]. 北京：中国煤炭科学研究院，2013. DOI：10.7666/d.Y2512121.
[3] 王方田. 浅埋房式采空区下近距离煤层长壁开采覆岩运动规律及控制[D]. 江苏：中国矿业大学，2012.
[4] 冲沟发育矿区浅埋煤层开采覆岩活动规律及其控制技术研究[Z]. 中国矿业大学. 2016.
[5] 张小强. 厚煤层残煤复采采场围岩控制理论及其可采性评价研究[D]. 山西：太原理工大学，2015. DOI：10.7666/d.Y2945382.
[6] 孙建明. 神东矿区高效综合机械化采煤配套技术的理论与实践[D]. 山西：太原理工大学，2004. DOI：10.7666/d.y620089.
关键词：煤层长壁;顶板结构;支护阻力
引言：介绍随着连续采煤技术在晋陕蒙矿区特别是神府煤田的不断应用，在边煤开采、残煤柱开采等方面显示出巨大的优势，有效地提高了矿井回采率。地下开采需要初步了解扰动岩体平衡对地下工作面以及地表的影响。这一事实要求确定描述采矿影响的预测参数值。这些参数描述了采矿工作面周围的岩体行为及其对地表位移和变形的影响。本文通过计算浅埋煤层长壁开采和复杂岩体条件下上述参数的预测值来处理。由于对岩体特征的了解不足，计算的岩体模型被简化，因此仅使用一种计算方法是不够可靠的。考虑到采矿的后果，有必要使用更多不同的方法检查预测值。本文证明了这两种方法在检验结果时是相辅相成的。
1.煤柱支护
连续采煤机在浅埋和深埋煤层开采时，顶板由不同功能的挡煤柱支撑。通过位于劈裂、分支道路、分支入口和块闸门之间的煤柱稳定屈服，可以减少或消除浅埋煤层薄基岩顶板大面积崩落引起的动力灾害问题。从而保证连续采煤工作面的安全，同时最大限度地提高煤炭回收率。对于浅埋煤层，顶板管理的重点是薄基岩顶板作为关键层的稳定性[1]。在确保“薄基岩煤柱屈服”系统安全的基础上，系统分析了支路布置、开采顺序和支路宽度。以增加块体开采面积和煤炭回收率为目标，采矿设计人员可以确定煤柱的类型和数量，以及煤柱宽度参数。在每次劈裂之间留有一定宽度的小煤柱，在连续采煤时对顶板起到一定的支撑作用。矿工支路开采完成后，在支路闸门处留有煤柱，以避免支采区顶板突然冒落的危险。一个区块的所有分支开采完成后，留下一个大煤柱来控制该区块的悬挑区域，以避免大规模崩塌对相邻工作面的影响，有利于控制煤层自燃[2]。
2.强迫放顶
煤浅埋煤层顶板普遍较完整，节理裂隙较不发育。在连续采煤过程中，顶板很难随采随落，容易形成大面积悬移顶板。悬顶到达一定区域后，工作面顶板形成强压力区，易突然坍塌，形成飓风冲击，严重破坏生产，甚至造成人员伤亡。通过强制放顶，减少了应力集中，增加了顶板岩层中裂缝的数量、长度和深度，实现了小台阶自然垮落的控制模式，确保了工作面安全。
2.1采用履带行走式液压支架
加强对分体闸门的支护来破顶[3]，以两个行走式支架为一组，通过带压步进式提升架实现对顶板的控制，使工作面顶板随采随放，这样可以避免形成大面积的悬挑顶板。在顶板较硬且不能及时下落的情况下，可采用顶板预裂的方法进行处理，以确保悬挑顶板及时坍塌。
2.2爆破卸压
这种方法是一种通过对已形成强烈矿压危险的顶板进行爆破，通过人工干预来降低顶板应力集中的抗危险措施。通过爆破，降低了顶板的弹性模量和强度，改变了力学性能，从而增加了顶板裂缝的长度和密度，并可在小范围内局部坍塌顶板，以防止出现强矿压。爆破卸压的应用重点是确定顶板的极限坍塌面积。在悬顶面积达到极限面积前实施爆破，不仅可以有效避免顶板大面积坍塌，而且可以减少爆破次数，提高爆破效果。
2.3在坚硬顶板中进行液压预裂钻井
用于（定向）液压压裂，导致液压主裂缝和机翼分支裂缝。使用它来修改屋顶的结构，形成一个有利于屋顶断裂和坍塌的软弱表面。同时，顶板岩层吸收水分并软化[6，7]。基于顶板的结构改造和软化，顶板在地压作用下及时全部落下。现场采用液压预裂时，通常采用高压泵站与封孔机相连，向预裂孔内注水，并保持一定的压力和时间来完成预裂。持续高压注水促进了油井的膨胀。液压导致岩体表面出现裂缝，从而形成预裂裂缝和裂缝，并进一步导致顶板及时下落。
4.充填采矿连续采煤技术
是当前煤矿绿色开采技术的重要组成部分。作为解决煤炭开采环境问题和“三下”（建筑物、铁路和水体下）煤炭开采问题的有效途径[4]，它对岩层扰动小，并具有控制岩层移动和地表沉降的效果。目前我国煤矿充填技术按充填介质主要分为干式充填、膏体充填和超高水性充填。连续采煤技术具有掘进速度快、设备移动灵活、开采占用空间小等特点。该技术在采矿工艺和设备操作空间方面均能满足充填技术要求。与充填技术相结合，可实现平行开采和充填作业。充填采矿互不影响，可最大限度地发挥连续采煤充填技术的优势。在提高开采效率、保证充填效果的同时，能有效控制地表沉陷和岩层移动。根据连续采煤的技术特点，根据矿山地表建筑物的保护要求和开采条件，考虑两种主要的开采和充填方案[5]。
当连续采煤机在浅埋煤层条件下开采时，有必要通过对煤层地质条件的详细分析，结合开采工艺设计，选择合适有效的顶板管理方法，以确保安全高效的开采。设置合理的煤柱可以有效地管理顶板，避免冒顶，不会引起地表沉陷，但工作面回采率低。水力预裂技术可以有效地促进顶板裂缝的发展，诱发顶板充分及时的坍塌。爆破卸压能及时有效地降低顶板应力集中，防止强矿压的发生，是解除危险的有效途径。与二者相比，液压预裂注重预防，减少了烟火制品的使用，有利于矿山安全管理。连续采煤与充填采矿相结合，可有效防止顶板垮落，充分发挥两种技术的优势，显著提高工作面回采率，减少甚至避免地表沉陷。
数据记录器允许在2年内连续监测测压水平。由于附近工厂的间歇性地下水，观察到广泛的水位下降和恢复效应。水文曲线的标准含水层抽水试验分析允许在采矿之前、期间和之后确定透射率和蓄水率。结果表明，明显永久的采后透过率在面板边缘周围增加了149%，直接在第一个面板上增加了234%。开采后的存储率基本保持不变。然而，在最近的进近过程中，第二个长壁面板的影响最大，这也在第一个面板上造成了一些额外的沉降，此时峰值透过率增加了1979%，储能率增加了625%。在此阶段还观察到异常、旋回内和恢复下降事件，并解释为表明含水层组构内裂隙的快速采矿引起膨胀和压缩。结果与在美国煤田相对较浅深度（<220 m）进行的类似调查一致。然而，在更大深度开采仍然会对浅层含水层产生重大影响，这意味着增加含水层补给、离子井产量以及可能增加的污染物迁移率。
结束语：浅埋深度是该地区煤层赋存的共同特征。作为工作面安全高效生产工作的重中之重，本文分析了不同的顶板管理技术，探讨了相关技术应用的优缺点，以期为煤矿现场安全生产提供一些参考。
参考文献
[1] 黄庆享. 浅埋煤层长壁开采顶板结构及合理支护阻力研究[C]. //中國岩石力学与工程学会第七次学术大会论文集.北京：中国科学技术出版社， 2002：492-494.
[2] 解兴智. 浅埋煤层房柱式采空区下长壁开采覆岩活动规律研究[D]. 北京：中国煤炭科学研究院，2013. DOI：10.7666/d.Y2512121.
[3] 王方田. 浅埋房式采空区下近距离煤层长壁开采覆岩运动规律及控制[D]. 江苏：中国矿业大学，2012.
[4] 冲沟发育矿区浅埋煤层开采覆岩活动规律及其控制技术研究[Z]. 中国矿业大学. 2016.
[5] 张小强. 厚煤层残煤复采采场围岩控制理论及其可采性评价研究[D]. 山西：太原理工大学，2015. DOI：10.7666/d.Y2945382.
[6] 孙建明. 神东矿区高效综合机械化采煤配套技术的理论与实践[D]. 山西：太原理工大学，2004. DOI：10.7666/d.y620089.