煤礦井下連采機掘進巷道中頂板支護技術研究

邢 政

(龍煤七臺河礦業有限責任公司新鐵煤礦，黑龍江 七臺河 154600)

0 引言

遠古生物深埋地底，自然環境經過上千年的發展演化，最終形成了豐富的能源寶藏，其中人類最為常用的能源寶藏是煤炭。受歷史發展及地殼活動因素影響，深埋煤礦的地形地貌各不相同，這對煤礦開采工作提出了嚴峻挑戰。連采機是煤礦開采主要設備，其根據開采地區地形地貌采用不同的動力能源及材料制成，總體來看，因其開采能源種類單一，只能在性能上做出區別。而與連采機一同作業的頂板支護技術則不同，它屬于安全設備，需要在開采前進行工作，要在前期對地下情況作出深入分析才能實施。

煤礦開采環境的隱秘性和不確定性導致挖掘前期需要長期的準備工作及完備的開采設施。煤礦井下作業過程中，防護準備最重要的是頂板支護技術，它能夠形成一個相對安全和開闊的空間，讓工人和設備通過分析頂板支護技術類型，指出影響頂板支護技術的各種因素，為頂板支護技術發展提出建議。

1 頂板支護技術類型

煤礦井下地理環境復雜，開采工作開展前，應了解土壤厚度、成分、井下地形地貌，整合煤礦基本信息，做好開采前的準備工作。其中，頂板支護技術最為重要。頂板支護技術為設備和工人提供作業空間，工作人員和設備在圍成的護欄之下可以順利進出。頂板支護技術可保證設備和工人的安全，安全性包括兩方面：一是環境的安全性，即工作空間的通風性。二是設備的安全性，即設備的穩固性良好。煤礦井下地形地貌不同，頂板支護不能一成不變，應根據實際情況合理選擇頂板支護技術。

1.1 錨桿支護

錨桿支護主要由托板、支架和網構成。錨桿如同船錨一樣，要有一個固定點。錨桿支護中起“錨”作用的是支架，其建立的大致輪廓能將整個頂板支護固定在一個點上，為托板和網起到固定連接作用。錨桿支護技術中，托板作用最大，它可以起到最重要的支撐保護作用，還可以支撐井下石壁。井下作業時，連采車作業應小心謹慎，即使地下勘測情況預測再完善，也可能出現一些未預測的結構，一旦發生塌方事故，后果不堪設想。托板在支撐作業環境時，能夠保證外界不發生力量偏差，防止對支柱產生下壓作用。錨桿支護中“網”也同樣起到防護作用。連采車作業或工作人員進行挖掘時，周圍會發生石子脫落現象，網可以避免碎石襲擊。

1.2 預留煤柱支護

預留煤柱支護技術是最傳統的頂板支護技術，其在排氣和通風方面具有顯著優勢。一般情況下，煤礦井下要留出上段區和下段區，采用預留煤柱支護時，是在煤礦上下段區將煤柱留出。上段區是煤礦運輸區段，下段區是通風區段，但是上段區中部和下段區預留的煤柱安全系數并不高，會浪費許多人力物力。為提升預留煤柱的安全系數，可通過澆灌柱的形式開展作業。

1.3 礦用支護型鋼

要保證建筑工程質量，就要保證用料質量。煤礦井下工作中，無論是工作人員，還是公共財產，都處于危險環境，為保證人身和財物安全，支架用料一定要過關。煤礦井下一般采用型鋼，利用其質量好、形狀符合要求的優勢發揮作用。礦用支護型鋼中，型鋼形狀主要有圓形、半圓形和橢圓形。這幾種形狀無論是在支撐力上還是在井下礦洞構造符合度方面，都是很好的選擇。

1.4 可縮性支架支護

可縮性支架支護的最大優勢是其可伸縮性，對于不知其貌的礦洞來說，是很好的選擇。它有實際承載力和極限承載力兩部分，正常情況下，巷道處于平穩狀態，可縮性支架支護依靠基本結構和基本受力維持巷道平穩。如果發生不穩定的情況，可縮性支架支護會發揮極限承載力，即本身材料的穩定性。但這種支護屬于耗材，有一定的使用年限，在極限情況下長期使用，使用年限會大大縮短，安全系數也會降低。

2 頂板支護技術的影響因素

2.1 地域影響因素

地域因素主要考慮周圍有無水源，巷道石壁是否堅硬，以及組成巷道材料的穩定性等。如果巷道附近有水源，則意味著巷道周圍土壤疏松，機械震動或挖礦會造成支撐力下降，導致巷道出現問題。巷道石壁是頂板支護的第一層保護罩，其安全性高，工作環境的安全性也會相應提高。巷道材料的穩定性涉及很多方面，地質勘測是必要的，土壤巖石的組成成分直接決定其基質的穩定性，基質穩定性高，對人力、物力、財力的消耗就少。

2.2 頂板支護自身特性

煤礦井下作業中，頂板支護技術并不是一成不變的。例如，可縮性支架支護技術，主要用于對地下形勢不明情況進行探索。可縮性代表其任意變形的特性，在人為和地表活動的影響下，地下勘測結果會發生變化，可利用可縮性支架支護應對一些突發情況。礦用支護型鋼，主要根據巷道而改變形狀，建設礦用支護型鋼支架時，要綜合支架受力環境來選擇鋼的截面。研究表明，其截面與型號的抗彎模量具有顯著相關性。綜合來看，最常用的技術是錨桿支護技術，但巷道環境復雜，多種技術聯合應用是最佳選擇。

3 頂板支護技術的發展趨勢

頂板支護技術各有優劣，未來，頂板支護技術不僅要完善其功能和性能，還要加強全能性。支護技術的基礎材料，即支架等設備所用材料應在保質保量的同時，創新發展性能更好的材料。地域環境有其不同特性，研究人員應根據不同環境因素進行技術研發，支護的第一層保護屏障是巖壁設計，頂板支護技術相當于工人和設備的第二層保護屏障，應綜合考慮安全和穩定因素，確保發揮雙重作用，選擇合適的頂板支護技術，提升工程的便利性和安全性，保證施工順利進行。

4 結語

為保障地下作業順利展開，頂板支護技術的穩固性和安全性尤為重要。煤礦井下環境復雜，要根據真實探測情況選用合適的頂板支護技術。總結頂板支護技術的優缺點，綜合選擇，聯合應用，不斷進行技術創新，完善技術方法，提升煤礦井下作業安全性，保證施工質量，確保煤礦井下作業的順利實施。