煤礦井下頂板支護質量研究

夏金剛

(龍煤七臺河礦業有限責任公司新鐵煤礦，黑龍江 七臺河 154600)

煤礦井下巷道掘進作業效率不僅取決于是否采用了正確的掘進方式，在很大程度上還受到頂板支護技術應用有效性的影響。煤礦井下作業過程中，為確保巷道掘進的高效進行，保障作業人員的生命安全，需采取井下頂板支護技術，其中主要應用支護形式包括預留柱支護、可縮性支架、礦用支護型鋼等，能夠顯著提高井下巷道結構的穩定性，保障井下作業人員的生命安全，促進煤礦生產作業的穩定有序開展。應深入把握影響煤礦井下頂板支護的技術因素，在提出有針對性的解決對策基礎上，構建完善的頂板支護質量管理體系，確保煤礦井下巷道的安全掘進。

1 煤礦井下頂板支護的主要形式

煤礦井下作業過程中，為避免采煤工作面頂板掉落，危害井下作業人員的生命安全，需采用頂板支護技術對工作面頂板進行加固，在保障井下空間安全的基礎上確保相關作業有序開展。煤礦井下頂板支護經歷了木支柱、金屬摩擦支柱、單體液壓支柱、液壓支架等幾個發展階段，目前我國煤礦井下頂板支護形式以單體液壓支柱和液壓支架為主。以單體液壓支柱和液壓支架搭建頂板支護體系，能夠在金屬鉸接頂梁的配合使用下組成回采工作面系統的支護結構，可在保障井下作業人員生命安全的基礎上提升井下作業效率。

1.1 單體液壓支柱

單體液壓支柱與金屬摩擦支柱的支護原理相似，大多需要與金屬鉸接頂梁配合使用來保障支護效果。實際使用過程中，其移動與支撐均需人工操作，因此本質上并未脫離人工支護的范疇，這意味著單體液壓支柱的工作效率較低，一般適用于中、小型礦井。

1.2 液壓支架

在高壓液體作用下，以金屬構件和液壓元件為依托組成液壓支護系統，這是液壓支架的主要技術原理。其由大功率、大運量可彎曲刮板輸送機組成回采工作面，具有性能好、強度高、移動速度快等優勢，可借助計算機系統控制，減少井下作業人員的工作強度和工作壓力，有利于保障作業人員的生命安全，促進煤礦生產機械化與自動化發展。

2 煤礦井下頂板支護質量的主要影響因素

2.1 施工工藝

煤礦井下巷道掘進方式以鉆爆法為主，通常情況下，通過頂板支護與錨噴支護相配合的方式構建支護體系，相較于以往的砌喧支護，能夠獲得更快的挖掘速度。但是，實際作業過程中，影響頂板支護質量的因素多樣，以鉆爆法為例，炮眼位置、裝填火藥數量等均有可能影響井下支護質量。煤礦井下結構相對復雜，當兩個相鄰巷道同時開展采煤作業時，井下巖體的穩定性必然會受到影響，最終也會導致頂板支護產生質量問題。

2.2 地質環境

不同地質環境的煤礦井下作業，其頂板支護質量要求往往存在較大差異，煤礦的層理與節理是影響頂板支護穩定性的主要因素。當煤礦地質情況相對良好時，井下作業并不需要采取較多的支護手段，當煤礦地質情況相對復雜時，影響支護質量的因素相對較多，這使得頂板支護質量管理難度較大，容易出現安全風險，導致嚴重的安全事故。

3 煤礦井下頂板支護質量的優化策略

3.1 完善頂板支護方案，強化頂板承載性能

應用煤礦井下頂板支護技術的目的是保障井下作業安全性與穩定性，因此，應根據井下作業實際情況，特別是地質情況采取不同的支護方案，在滿足井下作業安全需求的基礎上，構建可行的支護體系，確保頂板支護技術應用的有效性。前期準備階段，應合理選用支護方式，不僅要認真勘測礦壓及井下地質構造情況，還要圍繞實際作業方案針對重點作業區域構建風險防范體系，確保能夠在第一時間消除安全隱患，保證井下作業安全。巷道挖掘過程中，無論是鉆爆法還是其他手段，都會對圍巖承載能力造成一定破壞，因此，應隨工作面的推進持續做好頂板前后及側向支撐壓力的調節，隨時調整支護措施，確保支護方案與實際頂板壓力的匹配性。設計頂板支護方案時，應意識到造成頂板質量問題的不僅是井下壓力與地質環境因素，還應特別注重加強井下防火與禁閉工作，避免井下出現火災，對頂板結構造成破壞，防止地下水滲透給井下作業帶來影響。

3.2 優化井下施工工藝，提高設備使用效果

不同的井下作業環境對支護結構的要求有所不同，應合理選擇井下支護設備，保障頂板支護的有效性。巷道掘進過程中，巷道位置變形與移動是作業人員經常遇到的問題，應秉承剛柔兼顧原則選擇支護結構，避免大面積與大規模重修，發揮圍巖的壓力釋放作用來保障巷道的整體穩定性。若巷道地質情況相對較好，一般可選用較高破巖水平的機器，如單體錨桿鉆機來開展掘進作業，可顯著提高巷道掘進速度，且不會對頂板支護造成較大質量影響。針對地質情況相對復雜的井下作業環境，支護結構的選擇應盡可能貼合實際支護需求，若施工區域斷面較大，一般需借助綜合掘進機和盾構機配合使用，以保障巷道掘進的成功率與有效性。此外，應做好設備的檢測與管理，保障設備使用的穩定性，確保巷道掘進作業的安全性，防止人為因素對頂板支護質量產生影響。

3.3 加強支護結構檢測，提高安全管理水平

井下作業過程中，除了需設計科學的支護方案從源頭上提升支護結構質量外，還應就支護結構進行系統檢測，及時發現潛在安全隱患，采取有針對性的處理方法以避免發生安全事故。空頂距離加大、直接頂下沉、支架工作狀態不佳等都會影響頂板支架的穩定性，而空頂距離加大與直接頂下沉往往受支架頂梁工作狀態的影響，因此，應重點圍繞支架工作狀態進行管理，確保支架力學性能，提升井下支護結構的安全管理水平。

4 結語

隨著現代煤炭產業的持續進步，保障井下作業的安全性與穩定性已成為煤炭生產企業長遠發展的關鍵。應進一步圍繞井下巷道頂板支護技術，構建完善的技術體系，根據實際井下作業環境與支護需求，采取恰當的支護手段，保障井下作業的安全性，促進井下作業的高效有序開展。