浅析矿井顶板支护技术的实践应用

2014-10-21唐文超

山东工业技术 2014年15期

关键词：浅析实践应用

唐文超

（榆林神华能源有限责任公司，陕西　榆林　719000）

浅析矿井顶板支护技术的实践应用

唐文超

（榆林神华能源有限责任公司，陕西榆林719000）

摘要：矿井顶板事故是煤矿五大灾害之一，时刻威胁着煤矿工人的人身安全。近几年，随着世界科学技术的发展，矿井顶板支护技术也得到了一定的发展，但是在实际的支护过程中，还存在很大的问题。本文重点对矿井顶板支护技术的实践应用进行了详细的分析。

关键词：浅析；矿井顶板；顶板支护；实践应用

煤炭作为我国的重要能源，其主要来源除了部分的露天煤矿外，绝大部分都是井坑煤矿。煤矿是高危行业之一，而其中顶板事故造成的人员伤亡占据了煤矿事故中的30%左右。为了防止矿井顶板事故的发生，我国投入了较大的人力和物力，虽然取得了一定的效果，但是并没有彻底防止矿井顶板事故的发生。矿井顶板支护作为煤矿采煤安全和正常生产的必要措施，其技术的实践应用非常重要。

1　支护型钢的实践应用

在我国应用比较广泛的矿用支护型钢主要分为U型钢和工字钢两大类，这种钢材的独特形状及其力学机械性能，使其在矿井圆形、椭圆形、半圆形以及矩形巷道的支护中得到了广泛的应用。但是在实际的应用过程中，巷道顶板对矿井支护钢具有非常高的要求，包括支护钢的韧性、抗拉能力、抗压能力以及抗剪切能力等，所以矿井巷道支护钢必须能够承受较大动载荷的冲击以及疲劳磨损等；另外，在矿井巷道形成后以及以后的使用过程中，由于各种原因会使得矿井巷道在两个方向上产生较大的位移，主要包括矿层地质构造的变化、掘进切面的变化等原因，这就对矿井支护架本身的承载能力提出了更高的要求；与此同时，矿用支护型钢材的抗弯截面模量也必须达到相关规定的标准，同时还要结合煤矿的实际情况，使其能够满足矿井巷道支护整体滑移以及定位的要求等，还应尽量加大矿井顶板支护模块之间的接触面积，确保接触面的平整以保证均匀受力。所以，在选择矿井支护所用的钢材时，必须对其性能进行严格的测定，只有符合相关要求的钢材才能够投入使用，否则不得入井使用。

2　伸缩性支架的实践应用

目前我国煤矿应用最为广泛的伸缩性支架一般为金属支架，这种支架与其他材料的支架相比，其最大的优势就是承载能力比较强，而且这种承载能力又主要表现在实际承载能力和极限承载能力这两种承载能力上。在实际的矿井巷道支护中，由于矿井巷道内部的具体构造以及矿层的地质活动等原因，经常会使巷道顶板支护中的某个部位出现应力集中的现象，而此时，如果巷道支架模块的弹性不能满足要求，就会造成巷道支护局部出现承载力过大，严重时则会出现支护板件垮塌、顶板冒落的事故发生，所以在选择巷道支架时，应该选择伸缩性能比较好的、能够满足矿井实际情况的支护支架，这样可以有效的吸收局部地区或者是整个顶板支护的应变力，此时才能体现出的承载能力支架的实际承载能力。而在极限工作情况时，比如巨大的载荷作用或者瞬时冲击而使支架体现出来的承载能力则是支架的极限承载能力，而在实际的支护过程中，这种现场经常发生，发生的后果就是造成支护支架的塑性变形，一般情况下，支护支架的极限承载能力要大于其实际承载能力，但是二者的相差并不是很大，如果支护支架体现出了极限承载能力，则会对支架材料造成严重的疲劳磨损，同时也就降低了支架的使用效率及寿命。所以，在实际的支护过程中以及支护完毕后，应该采取相应的措施，避免支护支架发生极限承载的现象，如果发生了则要及时的更换支护材料，防止长期的使用使其过度疲劳受损，最终发生悲惨的事故。

3　锚杆支护的实践应用

锚杆支护技术是目前世界上应用最为广泛，而且效果最好的支护技术，这种技术能够有效地改善矿井巷道的支护效果，并且支护成本较低、工作强度较小，施工也比较方便。在锚杆支护技术的实际应用中，主要是考虑锚杆、锚索和围岩之间相互作用的关系，其中锚杆要分为两种，即非张力锚村和张力锚杆，并且这两种锚杆还有更详细的分类，但是在我国大部分煤矿，都不对其进行区分，这严重影响了顶板锚杆的支护效果。对煤矿巷道的顶板进行支护，主要是为了构建出一个安全的合成梁，而在锚杆支护体系中，锚杆起到的是抗拉和抗剪的作用；而托板起到的是传递转岩载荷给锚杆施加预紧力的作用；锚固剂起到的是连接的作用，即让锚杆体与孔壁结为一体；钢带主要是起到实现锚杆预紧力和工作阻力的扩散、支护巷道表面改善围岩应力状态以及均衡锚杆受力提高整体支护能力的作用；锚网主要是起到维护锚杆间围岩防止松动滑落外，同时还提供一定的支撑能力以及对深部围岩起到一定的支护作用。只有对锚杆支护体系的组成部分有深刻的认识，才能够在实际的支护过程中更好的应用。通过实验发现，在锚杆支护中，锚杆越长则梁的深降量越大，稳定性越差；而锚杆越短则梁的沉降量越小，稳定性越强；如果锚杆的长度相同，则载荷或预张力越大，梁的沉降越小，稳定性越强。

4　预设煤柱的实践应用

预设煤柱是我国传统采煤作业工艺中，应用较多的一种巷道支护技术，该技术已经具有较长的历史，其优势在矿井通风和排水方面体现的更为突出。预设煤柱主要是由于矿井巷道本身的功能决定的，巷道的主要功能包括三种，即坑道支撑保护、人员行进通道以及煤炭运输通道，另外还包括一些矿井内的通风、瓦斯抽采及管理等等，为了使巷道上方的运输层与巷道下方的通风层能够保持一定的距离，一般都会在巷道顶板支护的铺设处预先留有一定宽度的煤柱，即预设煤柱。预设煤柱能够有效的避免巷道上方的运输层与巷道下方的通风层发生直接的应力传递，这也就确保了巷道的稳定性。但是预设煤柱存在着十分明显的弊端，最为明显的就是煤资源的浪费，因为煤柱要承受一定的负荷，所以煤柱不能够开采，这就造成了煤炭资源的严重浪费；另外，煤柱由于各种原因很容易遭到破坏，需要煤矿投入巨大的资金对其进行保养和维护；如果预设煤柱的位置设计的不合理，则会造成煤柱局部受力过载，很有可能发生冒顶的事故。所以在采用预设煤柱进行巷道支护时，必须结合煤矿的实际情况，包括质地构造、巷道的使用情况等合理的设计预设煤柱。