煤矿井下顶板支护质量研究

2021-01-13夏金刚

黑龙江科学 2021年14期

夏金刚

(龙煤七台河矿业有限责任公司新铁煤矿，黑龙江七台河 154600)

煤矿井下巷道掘进作业效率不仅取决于是否采用了正确的掘进方式，在很大程度上还受到顶板支护技术应用有效性的影响。煤矿井下作业过程中，为确保巷道掘进的高效进行，保障作业人员的生命安全，需采取井下顶板支护技术，其中主要应用支护形式包括预留柱支护、可缩性支架、矿用支护型钢等，能够显著提高井下巷道结构的稳定性，保障井下作业人员的生命安全，促进煤矿生产作业的稳定有序开展。应深入把握影响煤矿井下顶板支护的技术因素，在提出有针对性的解决对策基础上，构建完善的顶板支护质量管理体系，确保煤矿井下巷道的安全掘进。

1 煤矿井下顶板支护的主要形式

煤矿井下作业过程中，为避免采煤工作面顶板掉落，危害井下作业人员的生命安全，需采用顶板支护技术对工作面顶板进行加固，在保障井下空间安全的基础上确保相关作业有序开展。煤矿井下顶板支护经历了木支柱、金属摩擦支柱、单体液压支柱、液压支架等几个发展阶段，目前我国煤矿井下顶板支护形式以单体液压支柱和液压支架为主。以单体液压支柱和液压支架搭建顶板支护体系，能够在金属铰接顶梁的配合使用下组成回采工作面系统的支护结构，可在保障井下作业人员生命安全的基础上提升井下作业效率。

1.1 单体液压支柱

单体液压支柱与金属摩擦支柱的支护原理相似，大多需要与金属铰接顶梁配合使用来保障支护效果。实际使用过程中，其移动与支撑均需人工操作，因此本质上并未脱离人工支护的范畴，这意味着单体液压支柱的工作效率较低，一般适用于中、小型矿井。

1.2 液压支架

在高压液体作用下，以金属构件和液压元件为依托组成液压支护系统，这是液压支架的主要技术原理。其由大功率、大运量可弯曲刮板输送机组成回采工作面，具有性能好、强度高、移动速度快等优势，可借助计算机系统控制，减少井下作业人员的工作强度和工作压力，有利于保障作业人员的生命安全，促进煤矿生产机械化与自动化发展。

2 煤矿井下顶板支护质量的主要影响因素

2.1 施工工艺

煤矿井下巷道掘进方式以钻爆法为主，通常情况下，通过顶板支护与锚喷支护相配合的方式构建支护体系，相较于以往的砌喧支护，能够获得更快的挖掘速度。但是，实际作业过程中，影响顶板支护质量的因素多样，以钻爆法为例，炮眼位置、装填火药数量等均有可能影响井下支护质量。煤矿井下结构相对复杂，当两个相邻巷道同时开展采煤作业时，井下岩体的稳定性必然会受到影响，最终也会导致顶板支护产生质量问题。

2.2 地质环境

不同地质环境的煤矿井下作业，其顶板支护质量要求往往存在较大差异，煤矿的层理与节理是影响顶板支护稳定性的主要因素。当煤矿地质情况相对良好时，井下作业并不需要采取较多的支护手段，当煤矿地质情况相对复杂时，影响支护质量的因素相对较多，这使得顶板支护质量管理难度较大，容易出现安全风险，导致严重的安全事故。

3 煤矿井下顶板支护质量的优化策略

3.1 完善顶板支护方案，强化顶板承载性能

应用煤矿井下顶板支护技术的目的是保障井下作业安全性与稳定性，因此，应根据井下作业实际情况，特别是地质情况采取不同的支护方案，在满足井下作业安全需求的基础上，构建可行的支护体系，确保顶板支护技术应用的有效性。前期准备阶段，应合理选用支护方式，不仅要认真勘测矿压及井下地质构造情况，还要围绕实际作业方案针对重点作业区域构建风险防范体系，确保能够在第一时间消除安全隐患，保证井下作业安全。巷道挖掘过程中，无论是钻爆法还是其他手段，都会对围岩承载能力造成一定破坏，因此，应随工作面的推进持续做好顶板前后及侧向支撑压力的调节，随时调整支护措施，确保支护方案与实际顶板压力的匹配性。设计顶板支护方案时，应意识到造成顶板质量问题的不仅是井下压力与地质环境因素，还应特别注重加强井下防火与禁闭工作，避免井下出现火灾，对顶板结构造成破坏，防止地下水渗透给井下作业带来影响。

3.2 优化井下施工工艺，提高设备使用效果

不同的井下作业环境对支护结构的要求有所不同，应合理选择井下支护设备，保障顶板支护的有效性。巷道掘进过程中，巷道位置变形与移动是作业人员经常遇到的问题，应秉承刚柔兼顾原则选择支护结构，避免大面积与大规模重修，发挥围岩的压力释放作用来保障巷道的整体稳定性。若巷道地质情况相对较好，一般可选用较高破岩水平的机器，如单体锚杆钻机来开展掘进作业，可显著提高巷道掘进速度，且不会对顶板支护造成较大质量影响。针对地质情况相对复杂的井下作业环境，支护结构的选择应尽可能贴合实际支护需求，若施工区域断面较大，一般需借助综合掘进机和盾构机配合使用，以保障巷道掘进的成功率与有效性。此外，应做好设备的检测与管理，保障设备使用的稳定性，确保巷道掘进作业的安全性，防止人为因素对顶板支护质量产生影响。

3.3 加强支护结构检测，提高安全管理水平

井下作业过程中，除了需设计科学的支护方案从源头上提升支护结构质量外，还应就支护结构进行系统检测，及时发现潜在安全隐患，采取有针对性的处理方法以避免发生安全事故。空顶距离加大、直接顶下沉、支架工作状态不佳等都会影响顶板支架的稳定性，而空顶距离加大与直接顶下沉往往受支架顶梁工作状态的影响，因此，应重点围绕支架工作状态进行管理，确保支架力学性能，提升井下支护结构的安全管理水平。