淺談回采工作面支護(hù)方式與控制方法

張坤

摘 要：頂板事故是煤礦“五大自然災(zāi)害”之一，對地下開采煤礦的安全生產(chǎn)影響極大。在煤礦生產(chǎn)中，因項(xiàng)板管理不善而造成的人身傷亡事故占相當(dāng)大的比例，搞好頂板事故的防治，尤其是回采工作面項(xiàng)板事故的防治，是煤礦生產(chǎn)技術(shù)管理和安全管理工作中一個十分重要的課題。

關(guān)鍵詞：回采工作面；支護(hù)技術(shù)；本質(zhì)安全

回采工作面支護(hù)技術(shù)研究是搞好項(xiàng)板管理的基礎(chǔ)，特別是隨著礦井進(jìn)入深部開采后，礦山壓力顯現(xiàn)明顯增大，頂板破碎，在頂板控制方面的針對性較差。因此掌握采場的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，采取有針對性的支護(hù)方式與控制方法，進(jìn)一步改善頂板的管理狀況，提高礦井的本質(zhì)安全程度和經(jīng)濟(jì)效益具有十分積極的意義。

一、工作面的基本項(xiàng)結(jié)構(gòu)

隨著采場推進(jìn)，采場上覆巖層將沿豎直方向和推進(jìn)方向發(fā)生運(yùn)動，并逐漸擴(kuò)展到地表。通過多年的礦壓觀測研究與控制實(shí)踐證明，采場頂板需要控制的范圍是有限的。需要控制的并非與采深有關(guān)的所有巖層，而只是臨近采場的部分巖層，這部分巖層包括直接項(xiàng)和基本頂，其運(yùn)動時對采場礦壓顯現(xiàn)有明顯的影響。通過實(shí)測結(jié)果反推基本項(xiàng)的結(jié)構(gòu)形式，可以認(rèn)為，各煤層工作面的基本項(xiàng)結(jié)構(gòu)分為類拱式、拱梁式、梁式和整體塌垮式四種。

（一）類拱式結(jié)構(gòu)

當(dāng)基本頂由裂隙非常發(fā)育的低強(qiáng)度巖層組成時，控項(xiàng)區(qū)上方基本頂與采空區(qū)之間由塊狀巖體組成的擠壓平衡結(jié)構(gòu)關(guān)系，該結(jié)構(gòu)傳遞力的形跡曲線近似拱形。

（二）拱梁式結(jié)構(gòu)

拱梁式結(jié)構(gòu)是指由巖層強(qiáng)度大于類拱式結(jié)構(gòu)，弱于梁式結(jié)構(gòu)巖層組成的基本頂結(jié)構(gòu)。拱梁式結(jié)構(gòu)一般由大塊巖塊規(guī)則擠鉸而成，力的作用線成折線形式。當(dāng)結(jié)構(gòu)中的巖塊數(shù)量增多時，結(jié)構(gòu)趨于類拱式結(jié)構(gòu)，當(dāng)巖塊體積較大時，結(jié)構(gòu)趨于梁式結(jié)構(gòu)。

（三）梁式結(jié)構(gòu)

梁式結(jié)構(gòu)是指質(zhì)量較好的巖層組成的基本頂結(jié)構(gòu)，運(yùn)動時呈長度相近的大塊斷裂，每個巖塊的斷裂和沉降，引起工作面的周期來壓。在基本頂巖層厚度為6～10m左右的砂巖和中砂巖時，一般為梁式結(jié)構(gòu)。梁式結(jié)構(gòu)存在的條件一般是較硬巖層組成的基本頂。

（四）整體塌垮式結(jié)構(gòu)

該種結(jié)構(gòu)一般由質(zhì)量較好的巖層組成，該結(jié)構(gòu)頂板失去了水平傳遞力的聯(lián)系。它是隨著工作面的推進(jìn)，巖層跨度不斷增大，剪應(yīng)力超限時巖層失去平衡，形成整體塌垮。

根據(jù)某礦回采工作面礦壓觀測和研究，認(rèn)為回采工作面頂板控制技術(shù)經(jīng)濟(jì)原則有三：

第一、能最大限度地消除壓、漏、推等類型的冒項(xiàng)隱患，防止發(fā)生各種類型的冒頂事故。

第二、能保持頂?shù)装逡平?、臺階下沉量以及端面冒高等頂板狀態(tài)參數(shù)在一定限度內(nèi)，保證頂板處于良好狀態(tài)。第三、所需要的費(fèi)用最少。

二、回采工作面頂板采用陷落法管理頂板控制原則

采用陷落法管理頂板時，根據(jù)直接頂?shù)暮穸扰c采高之比及直接頂上覆巖層破壞特征的不同，從頂板控制的目標(biāo)出發(fā)，各主采煤層單體液壓支柱支護(hù)的回采工作面的頂板控制原則如下：

（一）對垮落帶巖層采取“支”的原則，即采場支柱的工作阻力應(yīng)能平衡工作空間及采空區(qū)上方垮落帶巖層的重量。

（二）對裂隙帶巖層采取“讓”的原則，即采場支柱的下縮量應(yīng)能適應(yīng)裂隙帶巖層的下沉。

（三）當(dāng)直接頂厚度較薄、直接頂厚度與采高的比值小于或等于1時，尤其是煤層上面直接就是厚度不大的老頂時，可用“切”的原則切斷采空區(qū)上方的基本項(xiàng)，如采用叢柱、密集切頂?shù)确椒?，還可采用爆破方法強(qiáng)制放項(xiàng)。

（四）對各種不同類型的頂板，都要針對直接頂?shù)姆€(wěn)定性考慮“護(hù)”的問題。如果是復(fù)合頂板，應(yīng)使整個回采工作面的支護(hù)系統(tǒng)具備防推的特點(diǎn)。

（五）工作面的支護(hù)參數(shù)應(yīng)保證頂板處于良好狀態(tài)。頂板移近量不大于工作面采高的10%、不出現(xiàn)臺階下沉、端面頂板冒高不大于200mm。

三、主采煤層工作面的控制方法

根據(jù)上以上原則，針對不同結(jié)構(gòu)型式的頂板提出各主采煤層工作面的控制方法如下：

（一）類拱式結(jié)構(gòu)頂板的控制

類拱式結(jié)構(gòu)頂板的控制原則是“支與護(hù)”并重，一是采用支護(hù)強(qiáng)度能夠平衡工作空間及采空區(qū)上方類拱結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)條件，采用的支柱初撐力應(yīng)能平衡直接頂?shù)膸r重，并采用塑料網(wǎng)護(hù)頂，保持直接頂?shù)耐暾浴?/p>

（二）拱梁式結(jié)構(gòu)頂板的控制

拱梁式結(jié)構(gòu)項(xiàng)板的控制原則主要是“支”。也就是說，確定的支護(hù)強(qiáng)度首先支住直接頂?shù)膸r重，盡量減少直接頂與基本項(xiàng)之間的離層，并能平衡工作空間及采空區(qū)上方拱梁式結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)條件。

（三）梁式結(jié)構(gòu)頂板的控制

梁式結(jié)構(gòu)頂板的控制原則主要是“支與讓”，支柱的可縮量應(yīng)能適應(yīng)梁式結(jié)構(gòu)和梁式--梁式結(jié)構(gòu)并存條件下的基本頂?shù)臄嗔严鲁痢Ｖ苯禹斴^完整堅硬時應(yīng)采取強(qiáng)制放頂方法處理頂板，減少來壓強(qiáng)度。

（四）整體塌垮式結(jié)構(gòu)頂板的控制

由于整體塌垮式結(jié)構(gòu)頂板的周期性不明顯，主要是工作面的主裂隙發(fā)育方向與工作面方向平行時，使彎曲的頂板變?yōu)榧羟衅茐?，直接頂較薄的局部區(qū)域，基本頂形成塌垮結(jié)構(gòu)。對這種頂板的控制原則重點(diǎn)是“支”，但前提條件是采用強(qiáng)制放項(xiàng)方法弱化項(xiàng)板的來壓強(qiáng)度。再就是將工作面的方向與裂隙方向之間的夾角調(diào)至12度以上，以此使確定的支護(hù)強(qiáng)度平衡工作空間及采空區(qū)的壓力，避免局部整體塌垮結(jié)構(gòu)的形成。

四、結(jié)語

在煤礦生產(chǎn)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)采煤工作面頂板事故的發(fā)生，根據(jù)現(xiàn)有的調(diào)查統(tǒng)計，因工作面引起的傷亡事故已經(jīng)達(dá)到采煤總事故的80%.不僅使員工的安全和工作進(jìn)度受到影響，還使企業(yè)的經(jīng)濟(jì)受到了影響.為了提高整個工作面的安全， 回采工作面支護(hù)技術(shù)研究工作任重而道遠(yuǎn)。

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