近距离煤层复合顶板支护技术探析

摘要：本文主要研究现在矿区的近距离煤层，对采空区煤柱的稳定性进行一定程度的分析，在此基础上对下部煤层巷道的位置进行合理的选择，并给出巷道的支护方式及其相关参数，最后总结巷道中支护技术的应用所带来的实际安全效益和社会经济效益，以期其能够得到更加广泛的推广和使用。

关键词：近距离煤层复合顶板支护技术

1 对近距离下部煤层巷道位置进行合理的选择

在现代矿压理论中，通常认为对巷道中矿压显现程度起着决定性作用的是煤柱的集中应力，这也就是说，想要实现对巷道稳定性的控制，就要想办法降低巷道中的应力。实际上，将巷道布置在低应力区是解决这一问题的根本途径，而且，根据已有的工程实践经验，这一途径的采用确实能够对巷道维护起到极大的帮助作用。

进一步说，煤柱上集中应力的大小、方向等性质是由煤柱自身的结构和形态决定的。因此，在对近距离下部煤层巷道位置进行选择时，要综合考虑巷道顶板的破损程度、煤柱上集中应力的分布和方向等因素，并结合设计人员自身的经验来进行最后的确定。

2 巷道中支护技术的应用机理

根据支护技术应用机理的不同，可以将支护技术细分为不同的种类，在此主要介绍两种最为常见也是能够在近距离煤层复合顶板的加固上进行应用的两种支护技术，即架棚支护和锚杆与桁架支护。

2.1 架棚支护

顶板受到一定程度的破坏，顶板节理裂隙发育，这些变化都会导致顶板稳定性与承载力的降低。在矿体比较复杂或者是矿岩整体较大时，矿山受到压力作用，其表面上的裂缝就会继续扩展、放大甚至是完全破裂，此时矿山在自重与上层覆岩的双重作用下产生下沉，最终导致金属棚梁和棚腿的弯曲变形，工字钢棚也会相应地发生变形，使得巷道的实际断面发生变化，变低、变窄，不再符合安全生产的要求。

2.2 锚杆与桁架支护

当顶板的强度较小时，就容易产生弯曲变形，弯曲变形会产生进一步的抗拉、抗压强度降低。因此，要完全保证巷道内的安全，对近距离煤层复合顶板进行加固是很有必要的，通过增加支撑力来提高顶板的承载力，通过对顶板的直接加固来提高顶板的稳定性。在对加固原理有了比较清楚认识的基础上，可以考虑锚杆与桁架的组合支护，这项支护技术的应用能够使巷道的稳定性和承载力得到更大程度的改善，下面简述其支护原理：

2.2.1 高预应力锚杆支护通过加固顶板来增强顶板的抗弯强度，并与其共同组成稳定组合梁来实现更进一步的稳固，桁架的铺设能够起到相同作用，也就是说，桁架支护同样是通过加固顶板实现保护作用。

2.2.2 在锚杆桁架预应力作用下，围岩上每一根锚杆周围都会形成规则的压缩带，压缩带的作用是承受自身重量并支撑上层覆岩。

2.2.3 锚杆桁架的配合使用能够提高安全系数，也就是说，在某个别锚杆或桁架出现问题的时候，其他的锚杆或桁架就能够继续分担失效部分的作用，使得整个支护作用更加安全可靠。

3 巷道中支护技术的相关参数

在明确支护目的的情况下来确定巷道中支护技术的相关参数，通常需要遵守以下的总体大原则：经济上合理、技术上可行、安全上有保证、施工上简便、效果上明显。在实际进行参数确定时，还需要首先弄清楚巷道自身的实际参数，如上下帮高、宽度等，在此基础上再对锚杆长度、间排距、锚固方式等进行一一的分析和确定，下面简要阐述部分在确定过程中需要首要把握的点。

3.1 锚杆选择：采用强度锚杆，其具体直径、长度、预紧力等应根据实际要求来进行选择，但其锚固力最低不应小于80kN。

3.2 锚固角度确定：在进行锚杆的布置时，要求其与顶板呈45°夹角，中间部分则应垂直于顶板。

3.3 间排距：排距1000mm，间距800mm。

3.4 锚固方式的选择：使用加长锚固方式，锚固长度确定在1000mm。

3.5 桁架系统的确定：桁架系统需要配备以下附件：桁架托盘、水平锚索、桁架角和U型卡等。

3.6 巷道断面：巷道断面设计成梯形，其实际的净断面设计尺寸则需按照巷道自身尺寸来进行确定。

4 巷道中支护技术的效果分析

在巷道支护加固完成后，还需要掌握其实际的支护效果，有不良现象出现就需要进行有效的补救，还可以进行进一步的优化和改进。这一工作的完成就需要进行一系列的实验来对支护质量进行检测，包括围岩表面上的位移、顶板观测等，需要得出的数据包括底板变形量、顶板下沉量和巷道两帮变形量，将得到的数据进行客观的加工处理，做出易于呈现和读取的变化关系图，以便于分析和后来的查证。

5 巷道中支护技术的经济效益分析

在任何一项工程中，成本、利益之间的平衡和优化都是不得不重视的问题，毕竟对于煤矿工程而言，经济利益是最根本的目的。下文中将就其直接利益和间接利益进行分别的探讨。

5.1 直接利益

巷道中的支护成本主要是支护技术本身的费用和其他相关的费用。巷道技术自身的费用主要是三个大的方面：一是相关材料，如绞线、工字钢等购进所耗费的资金，二是这些材料的运输费用，三是这些零件进行安装、放置的费用；其他相关费用则主要是指巷道支护完成后在其服务期内的相关费用，如维修费、折旧费等。因此，我们在这里所说的直接利益，简要来说，节约成本就是提高收益。因此，在进行材料的选择、安装的控制、维护的保障时，都要站在成本与利益的高度上来进行。

5.2 间接利益

在进行巷道支护中，间接利益的获得建立在技术和效率高度上，主要包括四个方面的具体内容：效率与工期的控制，运输量的协调与控制，安全性能的保障和速度的控制。在这些方面下工夫做好，就可以间接地提高收益。

6 结语

支护技术的优化和改进，是巷道支护技术上的重大突破。我们可以看到，主动支护技术能够起到相应的作用，能够保证巷道在受到强烈破坏时不至于发生太大的变形和损坏，有保障安全的能力。且技术先进、可靠性高、经济效益突出，不能预见，在我们进一步的共同努力下，支护技术在近距离煤层复合顶板上的应用，是会有新的突破和进步的。

参考文献：

[1]李明国.近距离煤层下层煤巷复合顶板锚杆与桁架支护技术[J].煤矿开采，2007（2）.

[2]高应山.近距离煤层复合顶板支护技术应用[J].山西煤矿，2011（4）.

[3]杨文广.近距离煤层复合顶板支护技术探讨[J].企业论坛，1994-2010.