破碎頂板支護(hù)方法優(yōu)化中支護(hù)密度的調(diào)整

張恒旭 張亞飛

（1.平煤股份八礦掘進(jìn)五隊，河南 平頂山467000；2.平煤股份八礦掘進(jìn)六隊，河南 平頂山467000）

隨著社會生產(chǎn)水平的提高，對煤炭開采的安全性日益關(guān)注。為了解決破碎頂板問題，保證生產(chǎn)人員的生命安全，支護(hù)密度的計算和調(diào)整很重要。

1 頂板破碎的主要原因

頂板破碎的主要原因有兩個：第一是頂板的巖層為軟巖，強(qiáng)度等級低；第二是工作面的煤層強(qiáng)度等級低，質(zhì)太軟。

2 頂板破碎的支護(hù)方式

破碎頂板的支部方式為懸臂梁的支護(hù)方式、棚子的支護(hù)方式、帶帽點柱的支護(hù)方式以及特種支架的支護(hù)方式。其中懸臂梁的布置方式分為正懸臂與倒懸臂，棚子支護(hù)的布置方式分為順板（兩柱、三柱與傾斜棚）、橫板（兩柱）與連鎖（上行式、下行式與混合式），帶帽點柱的布置方式分為矩陣排列與三角形排列。

應(yīng)根據(jù)確切的頂板條件進(jìn)行支護(hù)，選擇對應(yīng)的支護(hù)方式，一般采用分析比較法和綜合評分法。在支護(hù)過程中，頂板的控制管理是一項難題，主要是因為過頂板破碎帶時，很容易發(fā)生冒頂事故，給安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重威脅，因此選擇合理的支護(hù)方式和支護(hù)密度至關(guān)重要。

3 優(yōu)化頂板破碎的支護(hù)密度（實例）

山西某煤礦現(xiàn)在回采用的24#層頂板破碎，中間有薄煤層，屬于復(fù)合式頂板，偽頂為粉砂巖，厚度大概1.0m左右，含炭的質(zhì)量較高，夾煤線，受壓破碎易垮，直接頂為粉砂泥巖及細(xì)粉泥巖，厚度為2.5m，致密均一，偽頂與直接頂間夾有1.0m的薄煤層；老頂為細(xì)砂巖，厚度為20m左右，夾有粉砂巖，泥洼質(zhì)膠結(jié)；直接底為粉砂巖，厚度1.2m，含炭質(zhì)，產(chǎn)化石；老底為粉砂巖，厚度16m，夾有中粒砂巖，泥洼質(zhì)膠結(jié)。煤層厚度均勻，平均為2.0m，傾角在15°～25°之間，平均為22°。

24#煤層的偽頂，所夾薄煤層，直接頂累計為4.5m，隨著工作面向前推進(jìn)，隨放隨落，及時地充填滿采空區(qū)，而老頂為硅質(zhì)膠結(jié)的細(xì)砂巖，厚度達(dá)到20m，不易斷裂和冒落。通過礦壓觀測，初次來壓和周期來壓不明顯，無明顯壓力顯現(xiàn)，屬緩慢下沉老頂，故在確定支護(hù)密度時，僅考慮支撐頂板厚度為4倍煤層采高。

首先，依據(jù)頂?shù)装鍫顩r、采高、傾角、瓦斯、煤層穩(wěn)定程度、開采方法等因素確定支架額定工作阻力、幾何尺寸、移架方式等參數(shù)，進(jìn)而確定頂板支護(hù)密度。

3.1 合理支護(hù)強(qiáng)度的確定

P=A=∑M

（P：單位面積的頂板壓力M，r：各煤巖層的厚度、容重）

曾連發(fā)五支白羽令，率江湖盟中人對抗北方異族，江湖盟過半人數(shù)折于這一役中，謝星亦是身死，但終取得慘勝，初出茅廬的江湖少年，往往把謝星看作他們心中的榜樣。

P=1×2.68+1×1.51+6×2.4=18.59t

3.2 支護(hù)有效支撐能力的確定

支柱的有效支撐能力是指把頂板控制在要求的“位態(tài)”（以最大控頂距處的頂板下沉量表示）時，所有的支柱能達(dá)到的工作阻力平均值。考慮到支柱阻力加大會造成頂板更加破碎，平均工作阻力選擇為額定工作阻力的60%。

P=60%Rt

（P：平均工作阻力Rt：額定工作阻力）

S=P/P=L柱·L排

S=每根支柱平均支護(hù)面積

L柱=P/（P·L排·K）（L柱、L排：支柱的柱距、排距K：支柱修正系數(shù)選1.2）

L柱=（0.6×30）/（18.59×1.1×1.2）=0.7m

破碎頂板開采時，主梁和主梁之間的間距為0.7m，在開采煤的實際施工中，由于材料大部分都是木棍，容易折斷造成漏尖，支護(hù)時可以考慮縮小成0.65m/對。

3.3 支護(hù)密度驗算

驗算支護(hù)密度，按Ns≥Po/Qo來計算。

計算結(jié)束后，通過調(diào)整支護(hù)密度來增大支護(hù)強(qiáng)度。

煤礦掘進(jìn)中的冒頂事故多數(shù)因為支護(hù)能力不足，可以考慮增加頂板的支護(hù)密度來解決這一問題。由于采煤的工作面本來就比較狹窄，這樣不僅使工作空間減少，增加了生產(chǎn)成本，而且增加了支護(hù)的工作量，降低了回采的效率。因此，必須合理地調(diào)整破碎頂板的支護(hù)密度。

在經(jīng)過合理支護(hù)密度的計算之后，結(jié)合設(shè)計支護(hù)的現(xiàn)狀，對破碎頂板的支護(hù)密度進(jìn)行科學(xué)完善的調(diào)整與改善，才能保證煤礦開采的安全性，提高現(xiàn)在支護(hù)方式的質(zhì)量。

4 安全措施與技術(shù)措施

4.1 頂板破碎段加強(qiáng)支護(hù)安全措施

遇頂板破碎段巷道時采取短掘短支，依據(jù)實際情況可以進(jìn)一步減小循環(huán)度，盡力縮小空頂距，盡力縮短空頂時間，錨索、錨桿及時緊跟工作面。

4.1.1 在使用之前，認(rèn)真檢查錨桿（錨索）的桿體及配件的材質(zhì)、品種、規(guī)格、強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)是否符合設(shè)計要求。

4.1.2 禁止將支柱架設(shè)在浮煤、浮矸上。

4.1.3 錨桿（錨索）錨固力除按規(guī)定定期檢查外，還要不定期進(jìn)行抽查，發(fā)現(xiàn)有達(dá)不到要求者，要立即停止作業(yè)，并制定相應(yīng)措施。

4.1.4 巷道掘進(jìn)過程中，要先打超前錨桿或其他臨時支護(hù)進(jìn)行維護(hù)，嚴(yán)禁在空頂下作業(yè)。

4.1.5 巷道如遇頂板破碎或地質(zhì)構(gòu)造區(qū)，可縮小錨桿排間距，并可使用掛網(wǎng)，噴漿聯(lián)合支護(hù)，同時要加大檢查力度。

4.1.6 對錨桿（錨索）支護(hù)巷要定期檢查支護(hù)效果，經(jīng)常觀察，發(fā)現(xiàn)異常及時制定補(bǔ)充措施。

4.1.7 對錨桿（錨索）支護(hù)的排間距、錨桿（錨索）角度、錨固力、預(yù)緊力、聯(lián)網(wǎng)質(zhì)量要經(jīng)常進(jìn)行檢查，嚴(yán)禁為圖省事，偷工減料而違章作業(yè)。

4.1.8 對巷道的變化和頂?shù)讕蛷?qiáng)度、頂板離層情況加強(qiáng)檢查，并有檢查記錄。

4.2 錨桿（錨索）錨網(wǎng)支護(hù)安全技術(shù)措施

4.2.1 每10m必須進(jìn)行一次可錨性試驗，采用φ20×2500mm的螺紋鋼錨桿，用2支CK2350樹脂錨固劑，錨桿錨固力達(dá)到60kN即為可錨，小于60kN即為不可錨，必須采用架棚支護(hù)或棚索網(wǎng)支護(hù)。

4.2.2 定期對井下錨桿（錨索）錨固力進(jìn)行拉拔試驗，如果實際錨固力與設(shè)計值相差明顯，則需對錨固參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和修改。

4.2.3 柱頂要查嚴(yán)背實。

4.2.4 煤底或者軟巖底時，支柱要穿液柱鐵。

4.2.5 巷道地質(zhì)條件發(fā)生變化時，應(yīng)根據(jù)變化程度，調(diào)整支護(hù)參數(shù)或采取應(yīng)急措施及時處理，如采用錨索加固或縮小排距。

5 結(jié)語

科學(xué)的施工工藝和施工組織，創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)及社會效益，為提高成煤礦掘進(jìn)效率提供了一條新途徑。應(yīng)該對破碎頂板進(jìn)行支護(hù)密度的調(diào)整，以期達(dá)到預(yù)防碎巖石垮落傷人的目的。煤礦開采過程中的安全防護(hù)與支護(hù)等技術(shù)措施，應(yīng)盡快得到提高與完善。

［1］李霞萍.淺談破碎頂板支護(hù)方法優(yōu)化中支護(hù)密度的調(diào)整［J］.大科技，2013（11）:89.

［2］鄭金騰.回采工作面上、下出口支架方式的探討［J］.能量與環(huán)境，2006（1）:74-75.