关于煤矿井下巷道掘进时的顶板支护研究

关于煤矿井下巷道掘进时的顶板支护研究
摘要：在煤矿的井下掘进巷道的过程中，对顶板要进行有效的管理，只有这样，才能确保安全生产工作的顺利进行。

基于此，本文对煤矿井下巷道掘进顶板支护问题进行了系统的研究，以供参考。

关键词：煤矿；巷道掘进；顶板支护
巷道掘进工作是一项复杂的系统工程，在这一过程中，不但要对掘进速度和矿区地质构造以及掘进设备和施工工艺的选择，以及施工组织管理和员工整体素质提升进行重点关注，还应通过超前的地质探测技术和不断的掘进设备革新，提高巷道的掘进速度,以此保证巷道的快速掘进。

一﹑掘进巷道的支护形式
1 矿用支护型钢
煤矿的矿用支护型钢通常包括U 形钢和工字钢两种类型，这种矿用支护型钢一般用在圆形、半圆拱形与椭圆形的巷道断面等方面。

通常矿用支护型钢的韧性十分好，而且矿用支护型钢还具有十分高的抗拉、抗压与抗剪强度的功能。

因为使用环境十分恶劣，而且使用条件非常复杂，所以，矿用支护型钢的性能要求十分高。

而巷道的支架需要承担横向载荷与纵向推动力，因此，巷道支架两个方向上均需要具备足够的承载负荷能力，而矿用支护型钢断面的集合参数受抗弯截面模量的影响，抗弯截面模量需要和巷道支架的承载负荷能力的相应数值相接近。

除此之外，矿用支护型钢的集合形状取决于支架的可缩性能。

因此，矿用支护型钢的集合形状在锁紧与滑移之时，需要满足矿用支护型钢接触面的面积要大、滑移需平稳以及受力状况俱佳的要求。

2 可缩性支架
通常金属支架的承载负荷能力是指实际承载能力与极限承载能力两个方面。

煤矿的可缩性支架在收缩过程中反映出来的承载能力指的就是实际承载能力，而实际承载能力受到连接件与支架的工作状况的影响。

煤矿的可缩性支架在刚性过程中反映出来的最大承载能力指的就是极限承载能力，而极限承载能力是否达标取决于是否会出现塑性变形。

通常情况下，当极限承载能力高于实际承载能力，此时，可缩性支架最良好的状态就是实际承载能力和极限承载能力相差不大。

3 预留煤柱支护
所谓预留煤柱是指一种传统的巷道支护形式。

因为巷道的上区段是运输平巷，下区段是回风平巷，因此在上区段和下区段之间预先留出一定宽度的煤柱，让回风平巷躲开支撑压力的峰值区域。

通常预留煤柱支护技术十分简便，同时还有利于通风与排水。

然而预留煤柱支护也存在一定的不足，由于预留煤柱支护的支护费十分高，当煤柱的损失较大时，这时巷道的维护十分困难。

倘若煤柱的支撑压力输送到底部时，就会对临近巷道的稳定及其临近煤层的开采产生一定的不利影响，同时也会成为冲击地压的安全潜在隐患。

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二﹑煤矿井下巷道掘进顶板支护问题
（1）围岩的稳定性较差，致使煤矿巷道支护难度大。

在煤矿井下巷道掘进施工中，若围岩发生位移或产生过大变形，造成巷道特别是岩体松软地段巷道的严重破坏，就会使支护在经过多次返修之后仍然不达标。

因此，巷道变形的问题无法通过支护进行彻底地解决。

（2）围岩产生变形甚至被破坏，顶板缺乏合理的固定。

在煤矿井下巷道掘进过程中，围岩岩体遇水会产生巨大的膨胀力，加之受到过大的挤压力，从而使围岩发生变形，使巷道的支护结构遭到严重的破坏。

同时，在巷道的掘进施工中，顶板受地质因素影响，通常会有零块掉落现象出现；加上层理与节理的发育，常常会使片帮煤增加，顶板裂缝增多并张开，甚至出现围岩离层，极易造成冒顶事故，加大了顶板支护的难度。

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三、影响煤矿井下巷道掘进顶板支护的因素
煤矿井下巷道掘进施工中，影响顶板支护的因素多种多样，如煤矿的地质构造以及施工工艺等，具体主要有以下几方面：
（1）煤矿的地质构造因素。

在煤矿井下巷道的掘进施工中，煤矿的层理以及节理发育状况、褶曲构造或者是掘进工作面煤岩的硬度情况、顶板以及底板的稳定性都会影起巷道的顶
板支护问题。

对于地质与基础条件较好的地段，可实现快速地掘进；然而对于地质结构较为复杂的地段，巷道掘进施工的质量以及掘进的速度都会受到严重影响。

例如，在褶曲断层地质构造中，极易引起煤层厚度变化巨大，造成煤岩层缺乏稳定性，从而使顶板碎裂，造成垮落事故以及顶板支护的问题。

（2）施工工艺因素。

现阶段，我国煤矿在巷道的掘进施工中，主要运用钻爆法进行掘进施工，并以锚喷支护为主要的支护方式，相较于传统的砌碹支护以及架棚支护而言，其掘进的速度以及施工质量都有很大提高。

但在掘进施工实践中，仍存在着装药量控制失当以及炮眼缺乏有效掌握等问题，从而降低了锚网喷支护的质量。

此外，对于煤矿井下一些巷道较为密集的地方，当开掘其中一条巷道之后，岩体的地应力平衡就会遭到破坏，若再进行另一条巷道施工，从而形成了两个掘进工作面的叠加，使地应力增大，也加大了顶板支护的难度。

四﹑加强掘进工作面顶板技术管理的措施
1 ﹑做好施工前期的技术准备
做好施工前期的技术准备一方面是为了确保施工能力顺利进行加快施工进度；另一方面是为了避免由于设备和技术选择失误而给施工质量带来的影响”通常情况下施工前期的技术准备应该做好4个方面的工作”首先要根据矿井的实际情况对支护形式和材料规格进行科学合理的选择使其能够充分满足井下巷道掘进工作的需求；其次，要对掘进的施工设计进行审查，一旦发现不符合要求的地方，应该及时向上级部门反映”同时在没有设计的情况下坚决不能开展施工作业；再次对相关的作业规程进行进一步审查核实，确保规程中对临时支护形式，材料规格以及支设方式等都有明确规定，以便施工人员在施工过程中进行参考；最后，要在掘进队配备技术人员的同时建立相关的技术档案。

2 ﹑强化安全制度，提高职工的安全意识
在企业安全管理过程中，为了能够将责任明确，应该将企业各个部门的安全生产工作和安全生产目标责任交给企业各个部门的安全第一责任人皮全第一责任人必须要对企业员工的人身安全，集体安全以及社会安全高度负责” 广大职工要形成下级对上级逐级负责制健立科学合理的安全体系，只有这样才能使企业安全生产管理工作有条不紊地实施，从而对生产过程中潜在的事故进行有效防范”除此之外还要对全体职工定期开展安全教育培训，譬如说每日一题!每周一案等活动，让职工提高对安全生产的重视程度，从而在实际施工的过程中认真贯彻井下巷道掘进工作的作业规程，确保企业的安全生产。

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3 ﹑加大综掘新装备! 新工艺的投入力度
随着我国市场经济体制改革的不断深入煤矿企业发展过程中所面临的挑战也越来越大”因此在确保掘进工作安全进行的基础上加快掘进进度是不容忽视的，这就要求企业必须采用机械化作业根据企业的实际发展情况以及市场的具体需求加大综掘的新装备和新工艺的投入力度”这样不仅能够实现煤矿企业的安全生产而且还能够进一步提高企业的经济效益和社会效益。

五﹑结束语
总之，在煤矿的井下掘进巷道时，对顶板进行有效的管理是确保安全生产的重要因素，在掘进巷道时一定要根据实际情况，选择正确合理的施工方法，善于把握井下巷道掘进时顶板的特征及其支护的规律、巷道的围岩及矿压的特点，并依靠和创新科学技术，采取各种针措施不断地完善和强化顶板管理的相关制度，加大对顶板管理的力度，进行有效地顶板管理，以提高作业环境和施工人员的安全。

相信在以后的日子中，随着科学技术人员不断的努力，会使社会经济的发展更上一层。

参考文献：
[1] 杨磊，高远探析煤矿井下巷道掘进顶板支护.河南科技，2013 年.
[2] 部耀，煤矿井下巷道掘进顶板支护研究.河南科技，2013 年.
[3] 康红普、王金华，林健煤矿巷道锚杆支护应用实例分析. 岩石力学与工程学报，2010 年.。