煤矿开采顶板支护技术的应用研究

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[摘 要]近年来，随着煤矿行业的不断发展，煤炭资源在我国经济中所占比重越来越大，但煤炭资源的开展技术还停留在传统的巷道式井下开采。由于煤炭开采的环境较为复杂，使得工作难度不断增加，从而导致煤矿顶部发生人员伤亡事故。因此加强煤矿顶部顶板保护具有十分重要的意义。本文对我国的煤矿开采的形式进行简单介绍，对其中应用最为广泛地顶板锚杆支护技术的应用进行重点探讨。

[关键词]煤矿开采；顶板支护技术；应用研究

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）33-0349-01

在我国煤矿开采技术中，顶板支护技术的应用是煤矿企业进行生产安全的重要保障。在实际煤矿开采过程中，由于受矿井地理环境位置的影响，加之巷道组成的不稳定性，使得因顶板支护不到位造成的人员伤亡逐年增多。因此，依据煤矿实际环境的条件，选择适当的煤矿顶板支护技术尤为重要。本文根据煤炭矿井的实际情况，对矿井顶板支护的技术进行分析，并针对实际矿井的顶板支护技术的应用，进行深入研究。

1、煤矿顶板事故发生的原因

所谓顶板事故是指由于顶板的冒落造成的人身伤害或人身伤亡事故。造成顶板事故的原因有很多，其中以煤矿开采产生的压力致使周围岩体变形为主。因煤炭开采在煤矿开采过程中，工作环境较复杂，稳定性较差，且事故的发生具有不可预测性，再加上开采和维护过程中对关键部位、地点的维护措施不到位，使得煤炭综合开采的顶板事故占煤矿事故的75%以上。随着顶板支护技术的应用以及人们对预防顶板事故的措施，使得顶板事故有所下降，但仍存在着很大的改善空间，需要对顶板冒顶事故原因进行认真分析，以确保煤炭开采的安全进行。

2、煤矿顶板支护的形式

2.1 煤矿顶板护的基本形式

煤矿开采过程中，由于受巷道式的开采方式影响，其基本支护方式主要可以分为三种：一是木材支架支护，它主要被应用于复杂多变的环境条件及对架设要求较低环境条件，但是由于其材质为木材，不具有防火性，因此应用过程中要尤为慎重；二是石材支架，它是由石材及砂浆共同制成的可连续使用的支架，因其来源具有广泛性，因此在实际使用过程中可就地取材，而且其在使用过程中，使用强度较高，还能有效的组织岩石风化；三是型钢支架，其在煤炭开采过程中主要采用工字钢及U型钢，多用于断层破碎处的维护支架。

2.2 煤矿顶板支护的强化措施

煤炭顶板支护的强化措施依据支护时间的长短分为临时性支与长久性支护护。临时性支护是指在巷道设置一个较容易安装于拆卸的单体用来加强支架的支撑，较为常用的是液压支柱。长久性支护的支架原理是在原有支护的基础上增加构建维护期稳定性，较为常见的有偏心柱、立柱及中心柱三种方式。

2.3 巷道加固措施

巷道加固措施主要可以分为机械加固与注浆加固两种。机械加固技术是指通过机械或人力对围岩的松散部分进行夯实操作。注浆加固是指采用注射浆液的方式，使围岩岩体的裂缝进行很好地闭合，增强其结构的稳定性。

2.4 锚杆支护技术

锚杆支护技术针对类似于杆体及托板等杆状物，采用锚固的方式将其固定在巷道围岩内，以达到增强岩体强度及传递应力的目的。锚杆的支护类型有很多，在实际支护过程中通常依据其材质、锚固形式及作用特点来选择。锚杆支护由于受锚固形式的不同，可以分为粘结式、机械式与摩擦式三种方式。根据锚杆选材的不同，分为木锚杆、砼锚杆及金属锚杆等。依据其作用特点的不同，分为主动锚杆式锚杆与被动式锚杆。

3、锚杆支护技术的实际应用分析

锚杆支护技术是目前国内外的煤炭开采过程中应用最为广泛的技术。它不仅能有效改善煤炭巷道的支护效果，还能改善煤炭作业环境条件，减轻工人的工作强度，并且还能有效降低开采的支护成本。

3.1 锚杆支护技术分析

锚杆技术的应用，主要是为了构造出合成梁，对顶板形成支护效果。根据锚杆、锚索与围岩的相互作用关系，锚杆支护可以分为张力支护与非张力支护两类。锚杆支护主要靠锚杆支杆、托板、网、钢带及锚固剂等构件来完成。锚杆的支杆主要起抗拉与抗剪作用。而托板则是对锚杆进行荷载的传递，起着施加预紧力的作用。锚固剂则是与锚杆共同对围岩进行加固。钢带的使用，不仅可以加紧预应力和防止工作阻力的扩散，还可以改善围岩的应力与锚杆的应力状态，从而提高整个锚杆的支护能力。锚杆技术使用的网不仅可以防止锚杆周围的岩土松动，还可以提供支护力，对深部围岩起支护作用。

3.2 锚杆支护技术注意事项

由于锚杆技术的可控制性不是很强，在实际支护过程中，经常出现锚杆密度过大的情况，使得周围岩土变化较为剧烈，造成恶性冒顶及频繁垮塌的现象的出现。要较好的发挥锚杆支护效果，仅仅提高锚杆规格及加大锚杆密度是不够的。锚固区内外的里层情况对顶板的稳定性起着至关重要的作用。高强权脂锚杆虽然能有效限制岩土变形使锚固区的岩体得以加强，但却并不能改变其对锚固区外弱面里层的影响。锚杆技术未发挥其作用之前，通常巷道周围的岩土会进行相应变形，软弱煤岩层岩土变形量最为明显。此外，还存在着因支护技术水平问题，造成锚杆支护荷载不足，使得岩土变形加大导致锚固力作用失效。

3.3 锚杆支护固定技术分析

经过对锚杆支护的实验研究，发现锚杆的长度与梁的深降梁成正比，与顶板的稳定性成反比，换而言之，随着锚杆长度的增加，梁的深降度会越来越大，而顶板的稳定性会越来越差，随着锚杆长度的减少，梁的深降量会降低，而顶板的稳定性也会增强。然而，在锚杆长度相同的情况下，荷载或预应力的大小与梁的沉降量成反比，与顶板的稳定性成正比，也就是说，随着顶板的荷载或预应力的增强，梁的沉降量会越来越小，顶板的稳定性越来越好。在地应力与开采应力相同的情况下，锚杆的荷载与其长度成正比，随着锚杆长度的增加，其预应荷载也越来越大。因此，在煤炭顶板支护过程中，可以通过张拉力的提升，帮助岩土克服自身的自重，增加其自身的稳定性，通过防止岩土的变形松动提高支护作用效果。除此之外，还可以通过改变锚杆的受力状态，提高锚杆的支护能力。针对薄层顶板自动力造成的顶板离层破坏，可以采用增加锚杆布置的密度，来提高锚固力，从而改善岩体的承载能力。

4、锚杆支护技术的应用思考

在锚杆支护过程中，根据锚杆安装荷载对顶板离层的破坏情况，可以设置一个在锚固承受范围内的组合梁结构，以提高整体的稳定性。煤炭开采实际操作过程中锚固层经常出现顶板冒落现象，其主要是受锚固长度增加的影响，使锚固梁沉降量下降，导致顶板上部的岩层分离，最终造成顶板冒落现象的发生。钢材的屈服强度对锚杆的屈服强度具有决定性作用，由于受锚杆材料的影响，锚杆安装的荷载不能超过这一屈服强度。除此之外，锚杆荷载的安装量受顶板岩石强度影响，而岩石剪切的强度是顶板锚杆与地板之间产生的剪切应力的制约因素。因此在实际应用过程中，要充分考虑这些制约因素，采用合理、科学地方法对顶板进行支护。

结语

随着我国煤炭工作的不断发展，因顶板事故造成的人员伤亡也逐年增多，因此为保证煤炭工作的开采安全，要对煤炭开采的工作环境条件进行经济及合理的支护。顶板支护的目的是为了对煤矿压力及顶板周围的岩石进行有效、科学地控制，对工作环境条件进行及时处理，避免不安全因素对工作面压力造成影响。顶板支护技术的应用就是对来自矿山压力的及时控制。

参考文献

[1]贾晓锋.煤矿顶板支护技术的研究与设计探讨[J].技术与市场，2014（10）.

[2]郭锐.煤矿井下顶板支护技术应用研究[J].技术与市场，2014（6）.