礦井綜采工作面破碎頂板聯(lián)合支護方式的改進探析

劉建嗣

（山西焦煤集團嵐縣正利煤業(yè)有限公司，山西 呂梁 033500）

引言

隨著世界經(jīng)濟的日益發(fā)展，其對能源的需求量也持續(xù)提升，在我國諸多能源之中，煤炭是最主要的能源之一，極大影響了我國的經(jīng)濟發(fā)展，如何保證煤炭開采的效率成為該行業(yè)必須要面對的一大難題。在開采過程中，頂板事故是發(fā)生頻率最高的一種事故，也是危害性極大的事故之一，因此，對煤層頂板進行有效的支護工作始終是礦井安全作業(yè)的重點所在。

當(dāng)前，對于中厚煤層破碎頂板，在支護操作中應(yīng)當(dāng)采取錨網(wǎng)索、錨網(wǎng)索配合架棚、架棚等等。但是，傳統(tǒng)式的常規(guī)錨桿配合錨索的支護技術(shù)越來越難對石炭系煤層破碎頂板進行較好的支護。為了更好的處理這一問題，與石炭系煤層的開采特點及情況相結(jié)合，在傳統(tǒng)支護技術(shù)的基礎(chǔ)之上提出一種更有效的支護方式，該方式是主動支護與被動支護相結(jié)合的方式。

1 支護技術(shù)

1.1 頂板巖性

石炭系煤層不具有較高的穩(wěn)定性，且頂板結(jié)構(gòu)的狀況較為復(fù)雜，該煤層頂板的巖性狀況見表1。在對煤層的持續(xù)開采中，煤層頂板的局部會受到火成巖的侵入，導(dǎo)致煤層頂板所受到的壓力越來越大，極易發(fā)生破碎問題，甚至還會出現(xiàn)冒頂問題，對工作人員的人身安全及企業(yè)利益產(chǎn)生嚴重的威脅。石炭系煤層頂板巖性，如表1 所示。

表1 石炭系煤層頂板巖性

1.2 錨桿+錨索支護

在頂板的巖層中采用高效的錨桿、錨索支護方式，確保其加固作用得到充分發(fā)揮。錨索本身不具備較高的延伸量，使得煤層頂板在發(fā)生變形的范圍之內(nèi)不會造成較大的松動破壞區(qū)域。有效設(shè)置錨桿，可以降低煤層頂板受到的破壞，對其發(fā)揮較好的穩(wěn)固作用，促使其可以與頂板上層形成一種良好的整體，進而確保頂板可以保持高度的穩(wěn)定性。并且，由于錨索可以持續(xù)深入到深度較大的穩(wěn)定層之中，這樣就可以持續(xù)增強錨桿的支護能力，同時也可以加固頂板深部的巖層，將一些松動的頂板巖層固定在深層的穩(wěn)定巖層之中。錨桿配合錨索是當(dāng)前最有效的主動型支護方式[1]。

1.3 局部鋼針+架棚支護+噴漿處理

鋼針支護指的是在事先所設(shè)計的頂板位置插入鋼針，促使鋼針可以在未開采的煤體之內(nèi)形成一種假定，以此來實現(xiàn)固定頂板破碎煤層的目的。當(dāng)鋼針在煤層頂板進行固定之后，可以在鋼針下端設(shè)置鋼帶及錨桿錨索支護方式，從而對頂板的破碎煤層進行有效固定。作為一種被動型的支護方式，架棚操作一般都是利用U 型或者工字鋼來增強支護，有助于提升頂板的穩(wěn)定性。通過運用噴漿處理可以對一些裸露的巖石進行及時封閉，避免再次風(fēng)化。因此，在一些煤層巖性相對較差且頂板壓力過大的部位，可以利用噴漿、架棚和鋼針相結(jié)合的被動式支護方式來改善支護工作的效果，盡可能避免事故的發(fā)生[2]。

2 聯(lián)合支護方式的改進

2.1 改進思路

根據(jù)石炭系煤層的開采狀況，提出有效的承載方式，即錨桿、錨索、金屬網(wǎng)等相結(jié)合的方式，與一些特殊巖層的支護方式來進行支護。作為一種主動型的支護模式，錨桿、錨索及組合錨索相互結(jié)合的支護形式可以適用于地質(zhì)條件較為復(fù)雜的煤層，并且可以顯著提升頂板的承載性，確保頂板的穩(wěn)定。由于此類煤層頂板的巖層之中可能含有強度相對較低的砂巖及灰?guī)r，僅僅采取單一性的錨桿、錨索、金屬網(wǎng)相互組合的支護方式無法確保頂板的穩(wěn)定性，也無法取得較好的效果，極有可能導(dǎo)致頂板出現(xiàn)嚴重的破碎。因此，對于這種特殊的巖層，基于以往的承載結(jié)構(gòu)再加設(shè)架棚、噴漿等方式來實施支護，可有效提升頂部煤層的可靠性，以取得最佳的效果。

2.2 施工步驟

支護方式經(jīng)過改良后，在開采過程中，首先需要對頂板的煤巖狀況進行觀測，依據(jù)地質(zhì)力學(xué)的檢測結(jié)果及以往的經(jīng)驗來明確支護的各個參數(shù)。對頂板局部破碎問題較為嚴重的，可以增加相應(yīng)的錨索支護，如圖1 所示。其中組合錨索主要有五根錨索來配合鋼托盤，其中錨索的長度分別為6 m（兩根）、8 m（兩根）和10 m（一根），其中6 m 與8 m 的錨索布局為對角布置，10 m 的錨索采取居中布置的方式。如果遇到了地質(zhì)結(jié)構(gòu)帶較為特殊的，即巖體之中含有過多的砂石及灰?guī)r，基于傳統(tǒng)的支護方式再加設(shè)其他的支護方式，最后需要對煤層表面實施噴漿處理，其厚度要超出0.1 m，確保頂板及開采的安全性[3]。

圖1 組合錨索結(jié)構(gòu)

圖1 改進的聯(lián)合支護流程

3 結(jié)語

由于石炭系煤層具有十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，對其頂板支護作業(yè)有著極高的穩(wěn)定性要求，尤其是在開采結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜、頂板發(fā)生破碎的煤層，傳統(tǒng)的錨桿結(jié)合錨索支護方式極有可能不能保證開采過程中的安全性及穩(wěn)定性。因此基于這一傳統(tǒng)方式，結(jié)合其他類型的支護方法來實施有效的支護，可顯著提升頂板破碎時的支護效果，增強頂板的穩(wěn)定性。另外，這種支護方式極為簡單、便捷，極大提升了開采的效率及安全，對煤礦企業(yè)的長遠發(fā)展有著十分重要的意義。