煤礦綜采工作面頂板支護(hù)管理研究

張保林

（山西陽城陽泰集團(tuán)西溝煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048100）

引言

在現(xiàn)階段我國煤礦生產(chǎn)作業(yè)中，確保生產(chǎn)安全是關(guān)鍵前提，要求對各類常見安全風(fēng)險因素的規(guī)避，由此更好降低各類安全事故發(fā)生幾率。從煤礦綜采工作面的生產(chǎn)作業(yè)中來看，頂板事故是比較常見的威脅因素之一，伴隨著頂板出現(xiàn)下沉、塌落以及斷裂等事故，不僅會影響到煤礦綜采工作面的正常有序生產(chǎn)，還極有可能造成人員傷亡，要求采取適宜合理的策略進(jìn)行優(yōu)化防治[1]。頂板支護(hù)就是煤礦綜采工作面中不容忽視的關(guān)鍵技術(shù)手段，其可以借助于適宜合理的支護(hù)方式，規(guī)避頂板事故，具備較高研究價值。

1 煤礦綜采工作面頂板支護(hù)技術(shù)

1.1 支撐式液壓支架支護(hù)

煤礦綜采工作面頂板支護(hù)可以采取支撐式液壓支架予以處理，這也是相對較為傳統(tǒng)的一類支護(hù)模式，可以在綜采工作面中提供較為穩(wěn)定可靠的支護(hù)體系，進(jìn)而規(guī)避可能出現(xiàn)的頂板病害問題。在支撐式液壓支架的應(yīng)用中，其往往需要合理布設(shè)頂梁和立柱，促使兩者可以形成較強(qiáng)的支護(hù)結(jié)構(gòu)，由此針對頂板進(jìn)行可靠支撐。當(dāng)前支撐式液壓支架的頂梁往往設(shè)置在3 m～5 m 之間，立柱則需要結(jié)合不同煤礦綜采工作面實(shí)際狀況進(jìn)行合理留設(shè)，一般在6 根～8 根左右。從支撐式液壓支架的應(yīng)用效果上來看，可以體現(xiàn)出較高的承載能力，尤其是在一些豎向壓力較大的煤礦綜采工作面上，更是可以形成較強(qiáng)的支撐效果，有助于維系該區(qū)域的整體穩(wěn)定性[2]。但是該類頂板支護(hù)方式的應(yīng)用往往不具備理想的水平承壓能力，進(jìn)而也就無法具備較高穩(wěn)定性，容易在后續(xù)長期應(yīng)用中出現(xiàn)變形風(fēng)險，需要技術(shù)人員予以優(yōu)化應(yīng)對?，F(xiàn)階段支撐式液壓支架主要在穩(wěn)定以及非破碎的頂板中得以優(yōu)化運(yùn)用，效果相對比較理想。

1.2 掩護(hù)式液壓支架支護(hù)

在煤礦綜采工作面頂板支護(hù)處理中，掩護(hù)式液壓支架同樣也較為常見，可以實(shí)現(xiàn)對于煤礦綜采工作面的有效支護(hù)，尤其是在采空區(qū)防護(hù)方面，掩護(hù)式液壓支架的應(yīng)用價值不容忽視。在掩護(hù)式液壓支架的應(yīng)用中，最為關(guān)鍵的手段就是合理設(shè)置掩護(hù)梁，要求結(jié)合煤礦綜采工作面實(shí)際狀況，在頂梁和底座之間合理設(shè)置掩護(hù)梁結(jié)構(gòu)，進(jìn)而借助于鉸接以及連桿等方式進(jìn)行整體支護(hù)，由此形成的頂板支護(hù)結(jié)構(gòu)具備較為穩(wěn)定的效果。在掩護(hù)式液壓支架的應(yīng)用中，掩護(hù)梁的設(shè)置要求考慮到生產(chǎn)作業(yè)狀況，能夠預(yù)留出充足的作業(yè)空間，避免可能由此形成的嚴(yán)重煤礦開采干擾問題。一般掩護(hù)式液壓支架在應(yīng)用中不需要設(shè)置過多的立柱，1 根～2 根支柱就可以形成較為理想的頂板支護(hù)效果，但是需要在側(cè)面設(shè)置側(cè)翼護(hù)板，由此實(shí)現(xiàn)對于側(cè)面矸石的積極應(yīng)對，解決該方面干擾問題。從掩護(hù)式液壓支架的應(yīng)用效果上來看，其往往能夠表現(xiàn)出較高的水平承載能力，確保煤礦綜采工作面在水平方向上具備理想穩(wěn)定性，在局部區(qū)域同樣也能夠形成理想的抗壓強(qiáng)度，可以有效實(shí)現(xiàn)作業(yè)面的掩護(hù)[3]；但是因?yàn)檠谧o(hù)式液壓支架的立柱相對較少，往往很難形成理想豎向承載能力，切頂性能相對也比較差，需要在實(shí)際應(yīng)用中慎重選擇。掩護(hù)式液壓支架往往可以在破碎頂板支護(hù)中發(fā)揮積極作用，但是如果頂板面臨的垂直壓力過大，則應(yīng)該盡量避免選擇該方式。

1.3 混合式液壓支架支護(hù)

在煤礦綜采工作面頂板支護(hù)處理中，鑒于支撐式液壓支架和掩護(hù)式液壓支架在應(yīng)用中表現(xiàn)出來的優(yōu)劣特點(diǎn)，采取混合式液壓支架同樣也至關(guān)重要，尤其是對于一些水平以及垂直方向上均存在較高壓力時，上述兩種頂板支護(hù)方式都難以形成良好適用性，如此也就需要借助于混合式液壓支架，由此形成全面支護(hù)效果。在混合式液壓支架應(yīng)用中，因?yàn)樵擁敯逯ёo(hù)結(jié)構(gòu)不僅僅存在掩護(hù)梁，同樣還設(shè)置了充足的立柱，可以較好實(shí)現(xiàn)垂直以及水平兩個方向承載能力的提升，有助于更好保障煤礦綜采工作面的整體穩(wěn)定性。雖然混合式液壓支架在煤礦綜采工作面頂板支護(hù)中的應(yīng)用確實(shí)可以表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，但是因?yàn)槠渥陨斫Y(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，涉及到的支護(hù)構(gòu)件相對較多，加大了安裝布置難度，容易在頂板支護(hù)體系構(gòu)建中出現(xiàn)偏差混亂現(xiàn)象，同時增大了后續(xù)維護(hù)工作的難度。當(dāng)然，混合式液壓支架在實(shí)際應(yīng)用中同樣還會產(chǎn)生較高的成本，對于很多煤礦工程項目可能會形成較大負(fù)擔(dān)，并沒有在當(dāng)前得到普遍推廣運(yùn)用。

1.4 懸空頂板支護(hù)方式

在煤礦綜采工作面頂板支護(hù)工作開展中，懸空頂板是需要引起高度重視的類型，其硬度相對較高，且面積比較大，支護(hù)工作面臨較大挑戰(zhàn)，要求采取適宜合理的方式予以個性化處理。懸空頂板支護(hù)處理因?yàn)槊媾R著極其不穩(wěn)定的壓力，出現(xiàn)冒頂事故的幾率較高，進(jìn)而也就需要采取相匹配的支護(hù)結(jié)構(gòu)予以積極應(yīng)對，要求借助于高壓注水或者是深孔爆破的方式進(jìn)行優(yōu)化放頂，然后在營造出相對穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體系后，再結(jié)合實(shí)際狀況布設(shè)液壓支架，促使相應(yīng)支護(hù)體系更為穩(wěn)定可靠。當(dāng)然，因?yàn)槊旱V綜采工作面的特殊性，一些項目難以進(jìn)行放頂處理，進(jìn)而也就必然對于頂板支護(hù)結(jié)構(gòu)提出了更高的要求，需要確保其具備更大噸位，并且還需要注重進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，以便結(jié)合不同情況予以適應(yīng)性調(diào)整，確保來壓情況可以得到及時應(yīng)對，避免在煤礦綜采工作面中出現(xiàn)嚴(yán)重安全事故[4]。

1.5 高度破碎頂板支護(hù)方式

煤礦綜采工作面中頂板支護(hù)還需要高度關(guān)注一些高度破碎頂板，要求促使該類區(qū)域也可以形成較為理想的支護(hù)效果，應(yīng)該結(jié)合實(shí)際狀況予以優(yōu)化選用?；诟叨绕扑轫敯逯ёo(hù)處理而言，如果來壓相對不大，則可以直接借助于掩護(hù)式液壓支架協(xié)同金屬網(wǎng)予以優(yōu)化應(yīng)對，首先借助于金屬網(wǎng)予以全面支護(hù)處理，避免破碎頂板產(chǎn)生塌落風(fēng)險，然后再合理布置掩護(hù)式液壓支架，力求較好解決頂板破碎問題。但是如果高度破碎頂板的來壓相對較大，則需要采取混合式液壓支架進(jìn)行優(yōu)化布置，促使該類液壓支架體系能夠較好實(shí)現(xiàn)對于頂板壓力的積極應(yīng)對，同時也需要借助于金屬網(wǎng)進(jìn)行輔助防護(hù)處理。結(jié)合高度破碎頂板的具體表現(xiàn)，如果需要支護(hù)的面積相對較大，則需要合理增設(shè)一些走向梁，以此形成更為理想的全面支護(hù)效果，且便于后續(xù)帶壓移動，更好提升相應(yīng)支護(hù)體系的應(yīng)用價值。

2 煤礦綜采工作面頂板支護(hù)管理措施

2.1 工作面頂板分析

煤礦綜采工作面頂板支護(hù)管理需要首先對于支護(hù)目標(biāo)準(zhǔn)確掌握，在全面了解工作面頂板具體狀況的基礎(chǔ)上，設(shè)置相匹配的支護(hù)結(jié)構(gòu)，確保煤礦綜采工作面的安全可靠生產(chǎn)?；诿旱V綜采工作面頂板分析工作的開展，勘察工作要求落實(shí)到位，能夠?qū)τ谒袇^(qū)域的頂?shù)装逍尉邆錅?zhǔn)確認(rèn)知，了解其巖石類型以及厚度，并且深入分析其巖性特征，以此更好明確其可能對于煤礦綜采工作面帶來的不利安全威脅，可能出現(xiàn)的各類頂板事故也能夠全面掌握，由此明確頂板支護(hù)的目標(biāo)和要求[5]。這也就需要優(yōu)選適宜合理的勘察分析手段，確保勘察較為便捷全面，且能夠具備理想的準(zhǔn)確度，以此構(gòu)建出較為理想的煤礦綜采工作面頂板支護(hù)前提。

2.2 優(yōu)選頂板支護(hù)方式

在煤礦綜采工作面頂板支護(hù)工作開展中，為了達(dá)到最為理想的支護(hù)效果，首先應(yīng)該注重選擇適宜合理的頂板支護(hù)方式，避免因?yàn)轫敯逯ёo(hù)體系不當(dāng)產(chǎn)生較多危害問題。在頂板支護(hù)方式選擇時，最為關(guān)鍵的兩個考慮依據(jù)是適用性和經(jīng)濟(jì)性，要求以此構(gòu)建最佳頂板支護(hù)結(jié)構(gòu)，確保煤礦綜采工作面得以安全有序生產(chǎn)。從頂板支護(hù)方式的適用性角度來看，技術(shù)人員應(yīng)該首先全面了解煤礦綜采工作面的實(shí)際狀況，對于頂板面臨的壓力予以準(zhǔn)確測算，明確其對于頂板支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用提出的要求，由此匹配性選擇適宜合理的支護(hù)方式，確保該支護(hù)方式的應(yīng)用能夠具備理想的頂板支護(hù)效果，實(shí)現(xiàn)對于各方面危害因素的防控，維系煤礦綜采工作面的安全可靠運(yùn)用[6]。在此基礎(chǔ)上，對于不同頂板支護(hù)方式應(yīng)用所需要的資金投入量也需要準(zhǔn)確評估計算，進(jìn)而探討其是否符合成本要求，力求采取最為經(jīng)濟(jì)適宜的方式，確保頂板支護(hù)方式可以在后續(xù)得以優(yōu)化運(yùn)用。基于該方面要求，在一般煤礦綜采工作面頂板支護(hù)處理中，如果能夠單獨(dú)運(yùn)用支撐式或者是掩護(hù)式液壓支架，則應(yīng)該優(yōu)先單獨(dú)設(shè)置運(yùn)用，在單獨(dú)應(yīng)用不滿足支護(hù)要求時，再運(yùn)用混合式液壓支護(hù)結(jié)構(gòu)。如果煤礦綜采工作面相對較為復(fù)雜，遇到的問題也比較特殊，則往往需要予以個性化分析，確保頂板支護(hù)結(jié)構(gòu)最為適宜合理。

2.3 優(yōu)化計算分析

煤礦綜采工作面頂板支護(hù)還應(yīng)該切實(shí)做好計算分析工作，由此確定較為準(zhǔn)確適宜的各個參數(shù)，進(jìn)而更好保障后續(xù)頂板支護(hù)體系的可靠性和實(shí)用效果。在計算分析工作開展中，首先應(yīng)該高度關(guān)注礦壓的準(zhǔn)確計算，要求結(jié)合相應(yīng)勘察結(jié)果，準(zhǔn)確計算礦壓分布狀況，以此明確工作面頂板對于支護(hù)體系產(chǎn)生的最大壓強(qiáng)，將其作為后續(xù)頂板支護(hù)工作處理的重要參考依據(jù)，有效規(guī)避可能出現(xiàn)的支護(hù)體系不勝任問題。對于頂板支護(hù)中所用的液壓支架應(yīng)該具備的支撐強(qiáng)度同樣也需要準(zhǔn)確校驗(yàn)分析，要求能夠重點(diǎn)從液壓支架面臨的工作阻力、初撐力以及支護(hù)強(qiáng)度等多個方面進(jìn)行準(zhǔn)確計算分析，由此確定出相應(yīng)液壓支架設(shè)置指標(biāo)，保障由此構(gòu)建的頂板支護(hù)體系可以表現(xiàn)出更強(qiáng)的應(yīng)用價值。另外，對于控頂距進(jìn)行準(zhǔn)確計算同樣不容忽視，技術(shù)人員應(yīng)該結(jié)合實(shí)際開采需求以及頂板狀況，準(zhǔn)確計算最大控頂距以及最小控頂距，避免該方面存在的問題影響后續(xù)支護(hù)成效[7]。

2.4 注重動態(tài)監(jiān)管

煤礦綜采工作面頂板支護(hù)往往還需要加大動態(tài)監(jiān)管力度，要求實(shí)時了解頂板支護(hù)體系的應(yīng)用狀況，對于可能出現(xiàn)的異常問題能夠做到及時掌握和有效處理，由此更好規(guī)避各類事故。因?yàn)槊旱V綜采工作面在生產(chǎn)作業(yè)中往往會出現(xiàn)較大的變動，最初構(gòu)建的頂板支護(hù)結(jié)構(gòu)很可能會出現(xiàn)不適應(yīng)問題，由此產(chǎn)生較為惡劣的危害，要求技術(shù)人員能夠予以實(shí)時關(guān)注，在明確動態(tài)變化因素后，注重采取相匹配的策略予以優(yōu)化調(diào)整，以此更好提升支護(hù)體系的適應(yīng)性，確保相關(guān)事故得以實(shí)時防控。當(dāng)然，現(xiàn)階段煤礦綜采工作面頂板支護(hù)中同樣也出現(xiàn)了越來越多的新技術(shù)和新方法，同樣也需要及時更新升級，以此營造更為理想的支護(hù)成效。

3 結(jié)語

綜上所述，煤礦綜采工作面頂板支護(hù)工作在現(xiàn)階段面臨著更高的要求，一旦頂板支護(hù)出現(xiàn)問題，則很容易釀成頂板事故，要求技術(shù)人員能夠在全方位勘察了解煤礦綜采工作面頂板狀況的基礎(chǔ)上，選擇適宜合理的頂板支護(hù)方案，確保相應(yīng)支護(hù)體系更為穩(wěn)定可靠。