淺析煤層頂板支護(hù)技術(shù)的研究應(yīng)用

喬鎖軍

【摘 要】隨著我國煤礦開采技術(shù)的不斷發(fā)展，煤礦井下安全生產(chǎn)工作也越來越突出，煤層頂板支護(hù)技術(shù)的研究在煤炭安全生產(chǎn)中也越來越重要，若煤層頂板出現(xiàn)冒落等現(xiàn)象，需停止生產(chǎn)，嚴(yán)重的會(huì)造成生產(chǎn)責(zé)任事故。本文著重介紹了常見的煤層頂板支護(hù)冒落的原因分析、常見的煤層頂板支護(hù)技術(shù)和優(yōu)化設(shè)計(jì)做了簡(jiǎn)要闡述，以提高煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】煤層頂板 支護(hù)技術(shù) 優(yōu)化設(shè)計(jì)

隨著煤礦井下建設(shè)的不斷發(fā)展，保證煤礦頂板支護(hù)安全也越來越重要，是礦井安全生產(chǎn)的重要工作點(diǎn)。一般煤層頂板出現(xiàn)冒落的情況，會(huì)暫停生產(chǎn)，嚴(yán)重的會(huì)造成生產(chǎn)責(zé)任事故。因此，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況，設(shè)計(jì)出合適強(qiáng)度的頂板支護(hù)體系，加強(qiáng)支護(hù)體系的現(xiàn)代管理方法的建設(shè)也顯得越來越重要。

1 常見的煤層頂板支護(hù)冒落的原因分析

一般在煤礦采空后，礦產(chǎn)作業(yè)頂部是靠頂板和煤柱來提供支撐，而頂板與巷道的接觸面積不大，因此，當(dāng)頂板上部的重量超過頂板和煤柱的抗壓應(yīng)力后，會(huì)出現(xiàn)頂板冒落現(xiàn)象。若頂板出現(xiàn)裂隙，不及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取措施處理，就會(huì)出現(xiàn)大面積的頂板冒落現(xiàn)象。下文就主要介紹幾種常見的冒落原因。

1.1 由于地質(zhì)原因造成冒落現(xiàn)象

在煤層上方的巖石一般都為沉積巖，沉積巖內(nèi)部易出現(xiàn)斷層和裂隙現(xiàn)象，這種現(xiàn)象會(huì)造成煤層頂板上方整塊的巖層出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性松動(dòng)，從而出現(xiàn)巖石碎裂，造成頂板支護(hù)不穩(wěn)，出現(xiàn)冒頂現(xiàn)象。因?yàn)槌练e巖內(nèi)部的合力較差，當(dāng)進(jìn)行采煤時(shí)，外界的作用力是沉積巖發(fā)生受迫振動(dòng)，造成巖石發(fā)生裂紋，直至脫落，也會(huì)造成頂板支護(hù)不穩(wěn)定。

1.2 內(nèi)應(yīng)力失衡造成冒落現(xiàn)象

自然形成的巖石一般都處于自平衡狀態(tài)，而在煤礦開采區(qū)，由于受到外界的作用力，使得巖石自身的平衡被打破，應(yīng)力需要釋放，從而使巖石碎裂，從而發(fā)生頂板支護(hù)冒落。

1.3 煤礦作業(yè)造成冒落現(xiàn)象

在采煤作業(yè)時(shí)，由于機(jī)械割煤時(shí)會(huì)破壞附近巖層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，巖石發(fā)生碎裂，成為不連續(xù)性的巖石，同時(shí)，它也降低了巖體的強(qiáng)度和韌性，從而降低了的巖體承載力，巖石受到外界強(qiáng)大的壓力下破碎，從而發(fā)生頂板冒落現(xiàn)象。

2 煤層頂板支護(hù)技術(shù)

從上述頂板冒落的原理可知，根據(jù)不同的工況選擇合適的支護(hù)方法才能達(dá)到頂板支護(hù)效果，在煤層松軟、巖石穩(wěn)定性差的頂板上，需結(jié)合幾種不同的支護(hù)方式，來達(dá)到支護(hù)的良好效果，下面主要介紹幾種常見的支護(hù)方式。

2.1 錨桿支護(hù)

使用錨桿支護(hù)支撐頂板是最常見支護(hù)方式，他不僅可以提高的頂板的抗拉和彎曲強(qiáng)度，而且可以提高支護(hù)頂板的整體強(qiáng)度。在頂板上均勻布置錨桿，可以對(duì)巖層進(jìn)行擠壓，從而提高巖層之間的緊密性。在錨桿上加上金屬網(wǎng)可以達(dá)到主動(dòng)支護(hù)作用，而具有一定保護(hù)碎石掉落的作用，提高了安全性。在使用錨桿進(jìn)行支護(hù)時(shí)，必須選擇合適的錨桿長(zhǎng)度和直徑，設(shè)計(jì)的安全系數(shù)也需偏大，這樣可確保頂板所需的強(qiáng)度在錨桿作用范圍內(nèi)。

2.2 錨索支護(hù)

錨索支護(hù)時(shí)使用長(zhǎng)錨索對(duì)煤層頂板進(jìn)行加固，可以限制巖層的橫向位移，減小巖層間的應(yīng)力釋放。錨索工序比較復(fù)雜，對(duì)施工人員的技術(shù)要求較高，因此施工的難度較大。

2.3 煤柱支護(hù)

預(yù)留部分的煤柱的作用是防止上方的碎石掉落，起到保護(hù)作用，這種加固方式在巖層松軟地區(qū)可以起到頂板支護(hù)作用，但其局限性是，在巖層松軟地區(qū)，巖層的變形尺寸無法控制，不能在頂板支護(hù)中起到關(guān)鍵作用。

2.4 切頂支護(hù)

當(dāng)頂板高度大于設(shè)計(jì)的錨桿長(zhǎng)度時(shí)，這時(shí)可以在開采前去除松軟巖層，直接將頂板支護(hù)設(shè)在堅(jiān)硬的巖層上，這種設(shè)計(jì)方法可以提高開采效率，但其切頂支護(hù)設(shè)計(jì)較困難，施工復(fù)雜，增加了施工成本。

3 煤層頂板支護(hù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

從頂板的相關(guān)事故中可以看出，頂板支護(hù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)保證安全生產(chǎn)有著重要的意義，若支護(hù)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度不夠，會(huì)造成生產(chǎn)責(zé)任事故，若支護(hù)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度太大，提高了生產(chǎn)成本，造成資源的浪費(fèi)，因此，合理的支護(hù)設(shè)計(jì)是提高企業(yè)生產(chǎn)效率的一個(gè)關(guān)鍵措施。

3.1 護(hù)設(shè)計(jì)的優(yōu)化原則

在實(shí)際工況中，設(shè)計(jì)支護(hù)時(shí)需要考慮成本，支護(hù)穩(wěn)定和安全系數(shù)高等要求，做到“支的住、護(hù)的穩(wěn)”的原則下進(jìn)行設(shè)計(jì)，在采煤面頂板設(shè)計(jì)時(shí)需考慮動(dòng)載荷系數(shù)，根據(jù)不同地質(zhì)、不同采煤條件設(shè)計(jì)出相應(yīng)的頂板支護(hù)，當(dāng)設(shè)計(jì)條件發(fā)生變化時(shí)需及時(shí)更換支護(hù)方式，保證生產(chǎn)的安全性。

3.2 支護(hù)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法

隨著煤礦開采深度的不斷增加，回采巷道所承受的內(nèi)應(yīng)力不斷加大，頂板支護(hù)的難度也隨之加大，這時(shí)需對(duì)回采巷道的頂板支護(hù)進(jìn)行改善，提升支護(hù)的強(qiáng)度，保證采煤工作順利進(jìn)行。使用超前支護(hù)的方法提升支護(hù)質(zhì)量，當(dāng)前一般礦井下都使用超前支護(hù)方法來保證施工的安全性，一般是使用錨桿或者懸掛梁的方式來防止頂板冒落的危險(xiǎn)。此方法已經(jīng)被證明是提高礦井安全性的重要舉措之一。提升頂板支護(hù)的質(zhì)量。若由于頂板支護(hù)設(shè)計(jì)的承載能力不夠，造成煤層頂板支護(hù)失效，使碎巖脫落，造成安全責(zé)任事故。因此，在設(shè)計(jì)相關(guān)支護(hù)時(shí)，需嚴(yán)格按照國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系對(duì)相關(guān)的支護(hù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行審核，一般在頂板支護(hù)的直徑大于180mm，頂板厚度大于60mm。在開采面的支護(hù)需選擇的較牢固的巖層面上，在煤層中間的支護(hù)需要用金屬網(wǎng)進(jìn)行加固，必要時(shí)可以使用錨索進(jìn)行加固設(shè)計(jì)，保證頂板的設(shè)計(jì)安全性。貫徹頂板防護(hù)的安全責(zé)任制度，煤礦企業(yè)和相關(guān)部門必須制定出合理的頂板支護(hù)制度和管理辦法，加強(qiáng)頂板支護(hù)的巡檢和維護(hù)，提高管理人員的安全責(zé)任意識(shí)，若頂板支護(hù)出現(xiàn)裂隙和碎石脫落、離層等現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)向相關(guān)人員反映，提出合理的解決措施，提高頂板支護(hù)的安全性。

4 結(jié)語

隨著我國煤礦井下采煤技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)煤層頂板支護(hù)設(shè)計(jì)的安全性提出了更高的要求，因此根據(jù)自身的工況設(shè)計(jì)出一個(gè)合理的頂板支護(hù)是保證企業(yè)安全生產(chǎn)的一個(gè)重要措施。隨著國家工業(yè)制造領(lǐng)域的不斷改革深入，對(duì)我國的煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)和生產(chǎn)效益提出了更高的要求，這時(shí)更加需要廣大的煤礦技術(shù)工作不斷摸索創(chuàng)興，設(shè)計(jì)出更加合理的頂板支護(hù)，為企業(yè)創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張銀亮.煤層頂板支護(hù)技術(shù)的研究與實(shí)踐[J].中州煤炭，2007（1）：13.

[2] 李德，候振勝.石炭二疊紀(jì)5#煤層頂板支護(hù)技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].同煤科技，2013（3）：6.

[3] 邢?？?煤礦支護(hù)手冊(cè)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2009.