淺析煤層頂板支護技術的研究應用

喬鎖軍

【摘 要】隨著我國煤礦開采技術的不斷發展，煤礦井下安全生產工作也越來越突出，煤層頂板支護技術的研究在煤炭安全生產中也越來越重要，若煤層頂板出現冒落等現象，需停止生產，嚴重的會造成生產責任事故。本文著重介紹了常見的煤層頂板支護冒落的原因分析、常見的煤層頂板支護技術和優化設計做了簡要闡述，以提高煤炭企業的經濟效益。

【關鍵詞】煤層頂板 支護技術 優化設計

隨著煤礦井下建設的不斷發展，保證煤礦頂板支護安全也越來越重要，是礦井安全生產的重要工作點。一般煤層頂板出現冒落的情況，會暫停生產，嚴重的會造成生產責任事故。因此，根據現場工況，設計出合適強度的頂板支護體系，加強支護體系的現代管理方法的建設也顯得越來越重要。

1 常見的煤層頂板支護冒落的原因分析

一般在煤礦采空后，礦產作業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，當頂板上部的重量超過頂板和煤柱的抗壓應力后，會出現頂板冒落現象。若頂板出現裂隙，不及時發現并采取措施處理，就會出現大面積的頂板冒落現象。下文就主要介紹幾種常見的冒落原因。

1.1 由于地質原因造成冒落現象

在煤層上方的巖石一般都為沉積巖，沉積巖內部易出現斷層和裂隙現象，這種現象會造成煤層頂板上方整塊的巖層出現結構性松動，從而出現巖石碎裂，造成頂板支護不穩，出現冒頂現象。因為沉積巖內部的合力較差，當進行采煤時，外界的作用力是沉積巖發生受迫振動，造成巖石發生裂紋，直至脫落，也會造成頂板支護不穩定。

1.2 內應力失衡造成冒落現象

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

1.3 煤礦作業造成冒落現象

在采煤作業時，由于機械割煤時會破壞附近巖層的內部結構，巖石發生碎裂，成為不連續性的巖石，同時，它也降低了巖體的強度和韌性，從而降低了的巖體承載力，巖石受到外界強大的壓力下破碎，從而發生頂板冒落現象。

2 煤層頂板支護技術

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

2.1 錨桿支護

使用錨桿支護支撐頂板是最常見支護方式，他不僅可以提高的頂板的抗拉和彎曲強度，而且可以提高支護頂板的整體強度。在頂板上均勻布置錨桿，可以對巖層進行擠壓，從而提高巖層之間的緊密性。在錨桿上加上金屬網可以達到主動支護作用，而具有一定保護碎石掉落的作用，提高了安全性。在使用錨桿進行支護時，必須選擇合適的錨桿長度和直徑，設計的安全系數也需偏大，這樣可確保頂板所需的強度在錨桿作用范圍內。

2.2 錨索支護

錨索支護時使用長錨索對煤層頂板進行加固，可以限制巖層的橫向位移，減小巖層間的應力釋放。錨索工序比較復雜，對施工人員的技術要求較高，因此施工的難度較大。

2.3 煤柱支護

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

2.4 切頂支護

當頂板高度大于設計的錨桿長度時，這時可以在開采前去除松軟巖層，直接將頂板支護設在堅硬的巖層上，這種設計方法可以提高開采效率，但其切頂支護設計較困難，施工復雜，增加了施工成本。

3 煤層頂板支護的優化設計

從頂板的相關事故中可以看出，頂板支護的優化設計對保證安全生產有著重要的意義，若支護的設計強度不夠，會造成生產責任事故，若支護的設計強度太大，提高了生產成本，造成資源的浪費，因此，合理的支護設計是提高企業生產效率的一個關鍵措施。

3.1 護設計的優化原則

在實際工況中，設計支護時需要考慮成本，支護穩定和安全系數高等要求，做到“支的住、護的穩”的原則下進行設計，在采煤面頂板設計時需考慮動載荷系數，根據不同地質、不同采煤條件設計出相應的頂板支護，當設計條件發生變化時需及時更換支護方式，保證生產的安全性。

3.2 支護設計的優化方法

隨著煤礦開采深度的不斷增加，回采巷道所承受的內應力不斷加大，頂板支護的難度也隨之加大，這時需對回采巷道的頂板支護進行改善，提升支護的強度，保證采煤工作順利進行。使用超前支護的方法提升支護質量，當前一般礦井下都使用超前支護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。此方法已經被證明是提高礦井安全性的重要舉措之一。提升頂板支護的質量。若由于頂板支護設計的承載能力不夠，造成煤層頂板支護失效，使碎巖脫落，造成安全責任事故。因此，在設計相關支護時，需嚴格按照國家行業標準體系對相關的支護設計結構進行審核，一般在頂板支護的直徑大于180mm，頂板厚度大于60mm。在開采面的支護需選擇的較牢固的巖層面上，在煤層中間的支護需要用金屬網進行加固，必要時可以使用錨索進行加固設計，保證頂板的設計安全性。貫徹頂板防護的安全責任制度，煤礦企業和相關部門必須制定出合理的頂板支護制度和管理辦法，加強頂板支護的巡檢和維護，提高管理人員的安全責任意識，若頂板支護出現裂隙和碎石脫落、離層等現象，應及時向相關人員反映，提出合理的解決措施，提高頂板支護的安全性。

4 結語

隨著我國煤礦井下采煤技術的不斷發展，對煤層頂板支護設計的安全性提出了更高的要求，因此根據自身的工況設計出一個合理的頂板支護是保證企業安全生產的一個重要措施。隨著國家工業制造領域的不斷改革深入，對我國的煤礦企業的安全生產和生產效益提出了更高的要求，這時更加需要廣大的煤礦技術工作不斷摸索創興，設計出更加合理的頂板支護，為企業創造更好的經濟效益。

參考文獻：

[1] 張銀亮.煤層頂板支護技術的研究與實踐[J].中州煤炭，2007（1）：13.

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

[3] 邢福康.煤礦支護手冊[M].北京：煤炭工業出版社，2009.