采掘工作面顶板支护和管理研究

李俊儒

摘 要：煤矿井下地质条件复杂，因此井下综采工作面上顶板支护的可靠性直接关系到煤矿井下综采作业的安全，井下工作面的顶板支护方案对确保井下的安全生产具有十分重要的作用，本文主要对巷道顶板支护的原理及方法进行分析，同时对顶板支护管理现状进行了深入探讨，提出了相应的优化建议，对提升井下顶板支护可靠性和顶板管理水平具有十分重要的作用。

关键词：工作面;支护管理;优化;可靠性

0 引言

煤炭作为国民经济发展的基础，为人类社会的进步提供了巨大的助力，随着煤炭开采技术的不断进步，其开采深度不断增加，井下的地质条件愈加的复杂，在综采作业过程中发生顶板垮落的概率不断加大，给煤矿井下的安全生产造成了严重的隐患，同时目前各煤矿井下顶板支护管理中也普遍存在着安全意识不足，过于盲目的追求产量的提升，各种支护要求执行不到位，更加剧了井下发生顶板安全事故的概率，因此为了提升顶板支护的可靠性，提升顶板支护管理水平，本文对顶板支护原则、支护管理现状等进行分析，针对性的提出了相应的建议，对优化井下顶板支护、提升顶板支护管理水平具有巨大的指导意义。

1 综采面顶板支护方式分析及现状

煤矿井下综采工作面的顶板支护主要包括主动支护以及被动支护两个方面：

主动支护是指在煤矿井下综采作业的过程中利用设置锚杆支护、设置混凝土支护等进行积极主动的防御性支护，综合利用围岩结构自身的强度来实现对顶板进行支护和管理，确保井下支护安全性。

被动支护是指在综采作业过程中，设置支护结构承受巷道围岩受力垮塌时的载荷，但被动支护的方式无法制止巷道围岩的的变形和垮塌，只能被动的受力。因此为了确保煤矿井下顶板的支护安全性，实际在支护时通常采用预留煤柱、石材支护等被动支护方式和锚杆支护等主动支护方式协同支护的方式。

目前在井下工作面支护中主要存在着以下几个方面的问题[1]：①井下顶板岩层稳定性差，导致在顶板来压作用下岩层出現显著的变形，造成综采作业的巷道出现垮塌，使整个巷道的结构形式发送变化，极大的影响顶板支护的稳定性;②井下顶板支护存在着一定的局限性，目前各种类型的支护方式均存在着井下适应环境差的缺陷，如果不能因地制宜的旋转合适的支护方式，不仅导致极大的人力、物力的浪费而且还会给井下顶板支护安全造成巨大的隐患;③煤矿井下地质环境复杂，在支护作业的过程中难以全面的对周围环境进行的分析，造成顶板在支护过程中其支护质量难以得到保证，特别是当巷道临近区域由采空区或者积水区域时，基于导致岩层受水压作用而膨胀，使巷道的支护结构发生破坏、顶板围岩发生离层等，造成顶板支护失效。

2 正常工作阶段的顶板支护控制要求

煤矿井下综采作业的正常阶段，对顶板支护主要是以预防为主，此时的井下顶板支护控制的具体要求主要包括以下几个方面：①在正常工作阶段，此时若巷道顶板保持完整，则应尽快设置顶板支护结构，加强顶板承受压力和冲击的能力，此时液压支架在移架的过程中必须按照相邻的液压支架手动移架的方式进行缓慢移动，避免对顶板支护结构造成较大的影响;②在顶板支护的过程中，需要保证煤壁的平直，并且需要和支护底板保持一致垂直的关系，根据煤矿井下综采作业安全规定，综采时的伞檐的长度需要维持在300m以下[2]，否则容易对综采作业安全产生影响，在必要的时候需要通过移架的方案进行处理。此时的顶板支护要确保工作面的巷道顶板不会发生下沉。

3 初采及末采期间的顶板支护控制方案

在井下综采面进行综采作业的初期，顶板岩层不稳定性大，首次来压时间间隔也比较大，因此极易使巷道顶板发生局部的垮落，因此在初采期间，应该采用预爆破强制放顶的方案进行顶板支护控制。

根据煤矿井下的实际情况，在进行预爆破的爆破孔设置时，应采用深浅炮孔结合的方式，各组爆破孔之间的距离可以设置为30m左右，其倾角可设置为45°，炮孔的数量应根据井下岩层的强度和厚度决定[3]，井下工作面炮眼布置结构如图1所示。

当煤矿井下的基层厚度小时，工作面易出现冒顶和涌水等事故，在进行顶板支护时，首先应根据支护条件选择合理的液压支架，确保支护时支架初撑力的可靠性，同时为了确保基岩具有足够的厚度，在综采作业时可将顶煤预留1000mm左右，对其进行加强。

当在井下末采期间，若果产生来压，则最可能发生顶板事故的位置主要集中在工作面的连通面处，因此此时在进行顶板支护管理时，应先进行两次调压，然后将贯通巷进行加强的方案来进行处理。对其进行调压的目的一方面是为了避免巷道顶板周期性来压而导致的冒顶事故，另一方面主要是为了来压时导致的切顶压架，在进行调压时，首次调压应选择在距离回撤通道约150m处，二次调压时其位置应选择在紧靠回撤通道的位置，从而满足来压期间顶板支护可靠性的要求。

4 顶板支护管理现状及改善建议

综合来说我国的煤矿井下综采作业水平已经达到了国际先进水平，对顶板支护的管理也达到了较高的水平，极大的降低了煤矿井下顶板冒顶、坍塌等事故的发生概率，但也正是由于支护作业时所采用的先进的支护设备和工艺水平导致井下管理人员认为支护强度足够，因而在后续管理和维护中存在较多的敷衍现象，这是由于煤矿井下地质条件恶劣，且随着综采作业过程中振动、冲击，顶板来压的影响会逐渐的导致顶板支护失稳，因此除了采用可控性高的支护设备外，还需要按要求对矿压、支护稳定性等进行全面的监测和管理，同时加强对监测数据的分析，根据监测结果及时识别出支护失效的安全点并及时采取处理措施，避免出现重设备，轻监测、有监测、轻分析而导致出现顶板支护失稳的安全事故[4]。

为了提升煤矿井下工作面顶板支护的管理水平，各煤炭生产企业应积极的推进井下顶板支护方式的优化升级，组织专门的顶板支护管理小组，制定规范性的支护管理文档，定时对顶板支护情况进行专门的抽查和管理，同时建立井下顶板安全风险的预防体系，对易导致顶板支护失稳的危险源进行充分的分析管理，制定专门的点检文件，及时排出顶板的安全隐患，实现对顶板支护管理的全面化和信号管理，有效提升井下顶板支护管理水平。

5 结论

随着煤矿开采深度的不断增加，井下地质条件日趋于复杂，因此在开采过程中要充分认识到顶板支护失稳的原因，根据井下地质条件选择合适的支护方式，确保井下支护作业的可靠性。同时针对现有的井下顶板支护管理所存在的重设备，轻监测、有监测、轻分析的现象针对性的提出了相应的改善方案，能够极大的提升井下顶板支护管理水平，具有极大的应用推广价值。

参考文献：

[1]张能荣.回采工作面顶板支护设计探析[J].技术与市场，2015（6）：189-190.

[2]郭卫彬，刘长友，吴锋锋，等.坚硬顶板大采高工作面压架事故及支架阻力分析[J].煤炭学报，2014，39（7）：1212-1219.

[3]吴育华.综采工作面沿空留巷顶板支护[J].河南科技，2014 （3）：49.

[4]曹佐勇.加强顶板管理有效遏制顶板事故[J].煤矿安全，2009，40（8）：122-124.