煤矿井下巷道掘进顶板支护的分析

【摘 要】 煤矿井下巷道掘进顶板事故是煤矿事故里最具代表性的，它的发生机率在广大煤矿事故里，超出了1/3以上。煤矿井下巷道掘进顶板支护的可靠性和速度、成本直接决定了煤矿企业的安全生产和经济效益。

【关键词】 煤矿 巷道 顶板支护

对于煤矿的井下巷道掘进过程而言，只有对顶板进行合理的管理，才可以保障安全生产工作的顺利执行。这是由于在煤矿井下巷道掘进之后，重新分布生产应力，此时，如果没有尽快进行支护，巷道的围岩极其容易出现位移、变形或者损坏。对于煤矿企业而言，巷道掘进工作作为非常繁琐的系统工程，在这个过程里，不仅要对掘进的速度和矿区地质结构以及掘进设施和施工工艺进行抉择，对施工组织管理和职工总体素质的提高给予重视，也要通过先进的地质探测技术和持续的掘进设施进行革新，提升巷道的掘进速度，来确保巷道的迅速掘进。

1 代表性的巷道掘进顶板支护形式

（1）通过矿用支护型钢的支护方式。矿用支护型钢通常包含U型钢以及工字钢等等，此类钢的特殊形状以及力学机械性能，让它们在圆形、半圆形甚至椭圆拱形的巷道里获得了普遍的应用，因为巷道顶板支护的需求承受了过大的动载荷的冲击以及疲劳磨损，所以矿用巷道支护钢对韧性、抗拉能力、抗剪切能力、抗压能力的要求非常高。并且，巷道在实际的应用当中，因为矿层地质结构产生了变化，并且掘进切面的改变令巷道在两个方向上的位移很大，这就需要支护架自身具有非常良好的承载能力。矿用钢的抗弯截面模量一定要达标，并且考量到巷道支护总体滑移以及定位的需求，对于矿用钢在锁紧以及滑移的详细性能参数方面也要进行规定，顶板支护模块相互间要确保有较大的接触面积，并且要具备平整且受力均匀的接触面。

（2）使用伸缩性能明显的支架。金属支架比其他材质的支架更具备承载能力，而这样的承载能力又大多表现在工作承载以及极限承载的能力方面，因为巷道中的具体构造以及矿层地质活动，令巷道顶板支护里时常出现应力集中的问题，此时只要支护板件模块的弹性出现问题，就会形成局部承载过大，甚至还会发生支护板件坍塌的问题。所以，支护支架的伸缩性能优良，就具备了较好的使用前景，透过支护支架的伸缩，能够将局部地区以及顶板支护总体应变能力进行吸收，在这个过程里，体现出来的承载能力就是支架实际的承载能力。通常来讲，极限承载能力一旦超出实际承载能力，可是二者不可差别过大，就会对支架材质形成较为严重的疲劳磨损风险，同时降低了支架的使用效率[1]。

（3）使用预设煤柱的顶板支护形式。在以往的采煤作业里，巷道自身一定要兼具以下三种能力：坑道支撑保护、人员行进通道以及煤炭运输通道，并且还要包含矿区里的通风及瓦斯收集管理，所以，在巷道顶板支护的铺设中，通常会先埋设下有一定宽度的煤柱，让巷道上方的运输层以及巷道下方的通风层相互具有一定距离，以免二者直接产生应力传递。这个技术的使用已经具有较长的历史，它的作用更加体现在通风及排水方面。

（4）通过锚杆支护的形式。这样的形式作为最普遍的煤矿巷道顶板支护方法，透过锚杆支护能够较大程度的确保巷道总体的承载能力，确保巷道总体安全，并且能够更加快捷的设置运输巷道层。常见的锚杆支护需要使用锚杆体、加固凝剂、托板、钢带及保护网，将螺钉紧固，把锚杆承载压力分摊在构建体全身，从而扩散到所有岩层，提高锚杆的承载力，由于托板的影响，可以让岩层的变形最小，实现预防岩层破裂坍塌的作用。

2 煤矿井下巷道掘进顶板支护控制技术管理的措施

2.1 做好技术准备，提高巷道顶板承载能力

将巷道掘进施工之前的技术准备工作做好。通过煤矿矿压观察材料、实际的地质结构和巷道围岩力学性质等相关状况，选取同煤矿井下巷道施工现场最相符的支护型式，并且对于重点施工位置，必须提前制定相关的安全技术方案。加强巷道掘进施工设计，明确支设型式、临时支护方式和材料数量以及尺寸等，严格进行掘进作业规程。

煤矿巷道掘进施工时，必须保证开掘巷道要最大限度的平整光滑，所以，选择的爆破型式通常为光面爆破，并借助锚喷支护型式，进而令围岩的完整性以及稳定性获得保护，并让煤岩层的松动程度有所降低，加强顶板本身承受的负荷能力，让支护体构造同围岩共同形成承载能力[2]。

2.2 加强支架强度和围岩释压同让压的协调能力

煤矿井下巷道执行初掘以后，很容易令巷道出现位移和变形，这就需要在对支护型式进行选择时，尽量选择初具柔性后具钢性的支护够构造，将巷道位移和变形问题进行缓和，并且还对巷道空间完整度十分有利，较大降低了返修量和返修次数。因此，只有强化支架强度和围岩释压与让压之间的协调能力，提高巷道支护体的强度，并令围岩在适宜的范畴里变形，提高顶板支护效果[3]。

2.3 强化对掘进工艺以及设施的投放力度

使用先进的巷道掘进施工技术。面对地质构造同基础条件相对较好的煤矿巷道施工来讲，能够选择总机构造紧凑、中心相对过低、机身过矮、破岩能力过大的巷道综合机械化掘进施工技术。此掘进施工技术主要通过悬臂式掘进机、单体锚杆钻机和供电设施等结合而成，生产能力较强，且对各类地质环境都非常适应。而对大断面的煤层来讲，可以选用连续采煤机掘进施工技术。在多巷快捷煤矿掘进施工和矩形断面双巷掘进施工里，此掘进施工技术的应用相对广泛。

提高对掘进施工设施的投入。尽可能使用锚索和锚网等可缩性支架进行支护，并通过机械化方式操作。并且，在小断面煤矿巷道的掘进施工里，可以采用凿岩台车，让钻孔开孔、换纤返纤、定位等可以实现自动化。对于大断面煤矿巷道掘进施工来讲，可以提高综掘机、TBM掘进机、盾构机的使用，从而提高掘进速度以及施工质量，来进行一次成巷。

3 结语

煤矿井下巷道掘进顶板支护是施工中一个主要内容，如果可以正确及时支护，巷道掘进工作才能够顺利进行。因此，选择相对合理的支护方式有着十分重要的意义。

参考文献：

[1]翟党帅.井下巷道掘进时的顶板管理研究[J].科技资讯，2012.（02）.

[2]李国留.煤矿掘进工作面顶板事故分析与防治[J].中外企业家，2012.（07）.

[3]徐尤松，宛礼平.对软岩矿井巷道掘进顶板支护的探索[A].中国煤炭学会煤矿安全专业委员会2009年学术研讨会论文集[C]，2009.