浅析煤层顶板支护技术的研究应用

乔锁军

【摘 要】随着我国煤矿开采技术的不断发展，煤矿井下安全生产工作也越来越突出，煤层顶板支护技术的研究在煤炭安全生产中也越来越重要，若煤层顶板出现冒落等现象，需停止生产，严重的会造成生产责任事故。本文着重介绍了常见的煤层顶板支护冒落的原因分析、常见的煤层顶板支护技术和优化设计做了简要阐述，以提高煤炭企业的经济效益。

【关键词】煤层顶板 支护技术 优化设计

随着煤矿井下建设的不断发展，保证煤矿顶板支护安全也越来越重要，是矿井安全生产的重要工作点。一般煤层顶板出现冒落的情况，会暂停生产，严重的会造成生产责任事故。因此，根据现场工况，设计出合适强度的顶板支护体系，加强支护体系的现代管理方法的建设也显得越来越重要。

1 常见的煤层顶板支护冒落的原因分析

一般在煤矿采空后，矿产作业顶部是靠顶板和煤柱来提供支撑，而顶板与巷道的接触面积不大，因此，当顶板上部的重量超过顶板和煤柱的抗压应力后，会出现顶板冒落现象。若顶板出现裂隙，不及时发现并采取措施处理，就会出现大面积的顶板冒落现象。下文就主要介绍几种常见的冒落原因。

1.1 由于地质原因造成冒落现象

在煤层上方的岩石一般都为沉积岩，沉积岩内部易出现断层和裂隙现象，这种现象会造成煤层顶板上方整块的岩层出现结构性松动，从而出现岩石碎裂，造成顶板支护不稳，出现冒顶现象。因为沉积岩内部的合力较差，当进行采煤时，外界的作用力是沉积岩发生受迫振动，造成岩石发生裂纹，直至脱落，也会造成顶板支护不稳定。

1.2 内应力失衡造成冒落现象

自然形成的岩石一般都处于自平衡状态，而在煤矿开采区，由于受到外界的作用力，使得岩石自身的平衡被打破，应力需要释放，从而使岩石碎裂，从而发生顶板支护冒落。

1.3 煤矿作业造成冒落现象

在采煤作业时，由于机械割煤时会破坏附近岩层的内部结构，岩石发生碎裂，成为不连续性的岩石，同时，它也降低了岩体的强度和韧性，从而降低了的岩体承载力，岩石受到外界强大的压力下破碎，从而发生顶板冒落现象。

2 煤层顶板支护技术

从上述顶板冒落的原理可知，根据不同的工况选择合适的支护方法才能达到顶板支护效果，在煤层松软、岩石稳定性差的顶板上，需结合几种不同的支护方式，来达到支护的良好效果，下面主要介绍几种常见的支护方式。

2.1 锚杆支护

使用锚杆支护支撑顶板是最常见支护方式，他不仅可以提高的顶板的抗拉和弯曲强度，而且可以提高支护顶板的整体强度。在顶板上均匀布置锚杆，可以对岩层进行挤压，从而提高岩层之间的紧密性。在锚杆上加上金属网可以达到主动支护作用，而具有一定保护碎石掉落的作用，提高了安全性。在使用锚杆进行支护时，必须选择合适的锚杆长度和直径，设计的安全系数也需偏大，这样可确保顶板所需的强度在锚杆作用范围内。

2.2 锚索支护

锚索支护时使用长锚索对煤层顶板进行加固，可以限制岩层的横向位移，减小岩层间的应力释放。锚索工序比较复杂，对施工人员的技术要求较高，因此施工的难度较大。

2.3 煤柱支护

预留部分的煤柱的作用是防止上方的碎石掉落，起到保护作用，这种加固方式在岩层松软地区可以起到顶板支护作用，但其局限性是，在岩层松软地区，岩层的变形尺寸无法控制，不能在顶板支护中起到关键作用。

2.4 切顶支护

当顶板高度大于设计的锚杆长度时，这时可以在开采前去除松软岩层，直接将顶板支护设在坚硬的岩层上，这种设计方法可以提高开采效率，但其切顶支护设计较困难，施工复杂，增加了施工成本。

3 煤层顶板支护的优化设计

从顶板的相关事故中可以看出，顶板支护的优化设计对保证安全生产有着重要的意义，若支护的设计强度不够，会造成生产责任事故，若支护的设计强度太大，提高了生产成本，造成资源的浪费，因此，合理的支护设计是提高企业生产效率的一个关键措施。

3.1 护设计的优化原则

在实际工况中，设计支护时需要考虑成本，支护稳定和安全系数高等要求，做到“支的住、护的稳”的原则下进行设计，在采煤面顶板设计时需考虑动载荷系数，根据不同地质、不同采煤条件设计出相应的顶板支护，当设计条件发生变化时需及时更换支护方式，保证生产的安全性。

3.2 支护设计的优化方法

随着煤矿开采深度的不断增加，回采巷道所承受的内应力不断加大，顶板支护的难度也随之加大，这时需对回采巷道的顶板支护进行改善，提升支护的强度，保证采煤工作顺利进行。使用超前支护的方法提升支护质量，当前一般矿井下都使用超前支护方法来保证施工的安全性，一般是使用锚杆或者悬挂梁的方式来防止顶板冒落的危险。此方法已经被证明是提高矿井安全性的重要举措之一。提升顶板支护的质量。若由于顶板支护设计的承载能力不够，造成煤层顶板支护失效，使碎岩脱落，造成安全责任事故。因此，在设计相关支护时，需严格按照国家行业标准体系对相关的支护设计结构进行审核，一般在顶板支护的直径大于180mm，顶板厚度大于60mm。在开采面的支护需选择的较牢固的岩层面上，在煤层中间的支护需要用金属网进行加固，必要时可以使用锚索进行加固设计，保证顶板的设计安全性。贯彻顶板防护的安全责任制度，煤矿企业和相关部门必须制定出合理的顶板支护制度和管理办法，加强顶板支护的巡检和维护，提高管理人员的安全责任意识，若顶板支护出现裂隙和碎石脱落、离层等现象，应及时向相关人员反映，提出合理的解决措施，提高顶板支护的安全性。

4 结语

随着我国煤矿井下采煤技术的不断发展，对煤层顶板支护设计的安全性提出了更高的要求，因此根据自身的工况设计出一个合理的顶板支护是保证企业安全生产的一个重要措施。随着国家工业制造领域的不断改革深入，对我国的煤矿企业的安全生产和生产效益提出了更高的要求，这时更加需要广大的煤矿技术工作不断摸索创兴，设计出更加合理的顶板支护，为企业创造更好的经济效益。

参考文献：

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