煤矿综采工作面顶板支护管理研究

2023-03-22张保林

山西化工 2023年1期

张保林

（山西阳城阳泰集团西沟煤业有限公司，山西晋城 048100）

引言

在现阶段我国煤矿生产作业中，确保生产安全是关键前提，要求对各类常见安全风险因素的规避，由此更好降低各类安全事故发生几率。从煤矿综采工作面的生产作业中来看，顶板事故是比较常见的威胁因素之一，伴随着顶板出现下沉、塌落以及断裂等事故，不仅会影响到煤矿综采工作面的正常有序生产，还极有可能造成人员伤亡，要求采取适宜合理的策略进行优化防治[1]。顶板支护就是煤矿综采工作面中不容忽视的关键技术手段，其可以借助于适宜合理的支护方式，规避顶板事故，具备较高研究价值。

1 煤矿综采工作面顶板支护技术

1.1 支撑式液压支架支护

煤矿综采工作面顶板支护可以采取支撑式液压支架予以处理，这也是相对较为传统的一类支护模式，可以在综采工作面中提供较为稳定可靠的支护体系，进而规避可能出现的顶板病害问题。在支撑式液压支架的应用中，其往往需要合理布设顶梁和立柱，促使两者可以形成较强的支护结构，由此针对顶板进行可靠支撑。当前支撑式液压支架的顶梁往往设置在3 m～5 m 之间，立柱则需要结合不同煤矿综采工作面实际状况进行合理留设，一般在6 根～8 根左右。从支撑式液压支架的应用效果上来看，可以体现出较高的承载能力，尤其是在一些竖向压力较大的煤矿综采工作面上，更是可以形成较强的支撑效果，有助于维系该区域的整体稳定性[2]。但是该类顶板支护方式的应用往往不具备理想的水平承压能力，进而也就无法具备较高稳定性，容易在后续长期应用中出现变形风险，需要技术人员予以优化应对。现阶段支撑式液压支架主要在稳定以及非破碎的顶板中得以优化运用，效果相对比较理想。

1.2 掩护式液压支架支护

在煤矿综采工作面顶板支护处理中，掩护式液压支架同样也较为常见，可以实现对于煤矿综采工作面的有效支护，尤其是在采空区防护方面，掩护式液压支架的应用价值不容忽视。在掩护式液压支架的应用中，最为关键的手段就是合理设置掩护梁，要求结合煤矿综采工作面实际状况，在顶梁和底座之间合理设置掩护梁结构，进而借助于铰接以及连杆等方式进行整体支护，由此形成的顶板支护结构具备较为稳定的效果。在掩护式液压支架的应用中，掩护梁的设置要求考虑到生产作业状况，能够预留出充足的作业空间，避免可能由此形成的严重煤矿开采干扰问题。一般掩护式液压支架在应用中不需要设置过多的立柱，1 根～2 根支柱就可以形成较为理想的顶板支护效果，但是需要在侧面设置侧翼护板，由此实现对于侧面矸石的积极应对，解决该方面干扰问题。从掩护式液压支架的应用效果上来看，其往往能够表现出较高的水平承载能力，确保煤矿综采工作面在水平方向上具备理想稳定性，在局部区域同样也能够形成理想的抗压强度，可以有效实现作业面的掩护[3]；但是因为掩护式液压支架的立柱相对较少，往往很难形成理想竖向承载能力，切顶性能相对也比较差，需要在实际应用中慎重选择。掩护式液压支架往往可以在破碎顶板支护中发挥积极作用，但是如果顶板面临的垂直压力过大，则应该尽量避免选择该方式。

1.3 混合式液压支架支护

在煤矿综采工作面顶板支护处理中，鉴于支撑式液压支架和掩护式液压支架在应用中表现出来的优劣特点，采取混合式液压支架同样也至关重要，尤其是对于一些水平以及垂直方向上均存在较高压力时，上述两种顶板支护方式都难以形成良好适用性，如此也就需要借助于混合式液压支架，由此形成全面支护效果。在混合式液压支架应用中，因为该顶板支护结构不仅仅存在掩护梁，同样还设置了充足的立柱，可以较好实现垂直以及水平两个方向承载能力的提升，有助于更好保障煤矿综采工作面的整体稳定性。虽然混合式液压支架在煤矿综采工作面顶板支护中的应用确实可以表现出明显优势，但是因为其自身结构较为复杂，涉及到的支护构件相对较多，加大了安装布置难度，容易在顶板支护体系构建中出现偏差混乱现象，同时增大了后续维护工作的难度。当然，混合式液压支架在实际应用中同样还会产生较高的成本，对于很多煤矿工程项目可能会形成较大负担，并没有在当前得到普遍推广运用。

1.4 悬空顶板支护方式

在煤矿综采工作面顶板支护工作开展中，悬空顶板是需要引起高度重视的类型，其硬度相对较高，且面积比较大，支护工作面临较大挑战，要求采取适宜合理的方式予以个性化处理。悬空顶板支护处理因为面临着极其不稳定的压力，出现冒顶事故的几率较高，进而也就需要采取相匹配的支护结构予以积极应对，要求借助于高压注水或者是深孔爆破的方式进行优化放顶，然后在营造出相对稳定结构体系后，再结合实际状况布设液压支架，促使相应支护体系更为稳定可靠。当然，因为煤矿综采工作面的特殊性，一些项目难以进行放顶处理，进而也就必然对于顶板支护结构提出了更高的要求，需要确保其具备更大吨位，并且还需要注重进行实时监控，以便结合不同情况予以适应性调整，确保来压情况可以得到及时应对，避免在煤矿综采工作面中出现严重安全事故[4]。

1.5 高度破碎顶板支护方式

煤矿综采工作面中顶板支护还需要高度关注一些高度破碎顶板，要求促使该类区域也可以形成较为理想的支护效果，应该结合实际状况予以优化选用。基于高度破碎顶板支护处理而言，如果来压相对不大，则可以直接借助于掩护式液压支架协同金属网予以优化应对，首先借助于金属网予以全面支护处理，避免破碎顶板产生塌落风险，然后再合理布置掩护式液压支架，力求较好解决顶板破碎问题。但是如果高度破碎顶板的来压相对较大，则需要采取混合式液压支架进行优化布置，促使该类液压支架体系能够较好实现对于顶板压力的积极应对，同时也需要借助于金属网进行辅助防护处理。结合高度破碎顶板的具体表现，如果需要支护的面积相对较大，则需要合理增设一些走向梁，以此形成更为理想的全面支护效果，且便于后续带压移动，更好提升相应支护体系的应用价值。

2 煤矿综采工作面顶板支护管理措施

2.1 工作面顶板分析

煤矿综采工作面顶板支护管理需要首先对于支护目标准确掌握，在全面了解工作面顶板具体状况的基础上，设置相匹配的支护结构，确保煤矿综采工作面的安全可靠生产。基于煤矿综采工作面顶板分析工作的开展，勘察工作要求落实到位，能够对于所有区域的顶底板形具备准确认知，了解其岩石类型以及厚度，并且深入分析其岩性特征，以此更好明确其可能对于煤矿综采工作面带来的不利安全威胁，可能出现的各类顶板事故也能够全面掌握，由此明确顶板支护的目标和要求[5]。这也就需要优选适宜合理的勘察分析手段，确保勘察较为便捷全面，且能够具备理想的准确度，以此构建出较为理想的煤矿综采工作面顶板支护前提。

2.2 优选顶板支护方式

在煤矿综采工作面顶板支护工作开展中，为了达到最为理想的支护效果，首先应该注重选择适宜合理的顶板支护方式，避免因为顶板支护体系不当产生较多危害问题。在顶板支护方式选择时，最为关键的两个考虑依据是适用性和经济性，要求以此构建最佳顶板支护结构，确保煤矿综采工作面得以安全有序生产。从顶板支护方式的适用性角度来看，技术人员应该首先全面了解煤矿综采工作面的实际状况，对于顶板面临的压力予以准确测算，明确其对于顶板支护结构应用提出的要求，由此匹配性选择适宜合理的支护方式，确保该支护方式的应用能够具备理想的顶板支护效果，实现对于各方面危害因素的防控，维系煤矿综采工作面的安全可靠运用[6]。在此基础上，对于不同顶板支护方式应用所需要的资金投入量也需要准确评估计算，进而探讨其是否符合成本要求，力求采取最为经济适宜的方式，确保顶板支护方式可以在后续得以优化运用。基于该方面要求，在一般煤矿综采工作面顶板支护处理中，如果能够单独运用支撑式或者是掩护式液压支架，则应该优先单独设置运用，在单独应用不满足支护要求时，再运用混合式液压支护结构。如果煤矿综采工作面相对较为复杂，遇到的问题也比较特殊，则往往需要予以个性化分析，确保顶板支护结构最为适宜合理。

2.3 优化计算分析

煤矿综采工作面顶板支护还应该切实做好计算分析工作，由此确定较为准确适宜的各个参数，进而更好保障后续顶板支护体系的可靠性和实用效果。在计算分析工作开展中，首先应该高度关注矿压的准确计算，要求结合相应勘察结果，准确计算矿压分布状况，以此明确工作面顶板对于支护体系产生的最大压强，将其作为后续顶板支护工作处理的重要参考依据，有效规避可能出现的支护体系不胜任问题。对于顶板支护中所用的液压支架应该具备的支撑强度同样也需要准确校验分析，要求能够重点从液压支架面临的工作阻力、初撑力以及支护强度等多个方面进行准确计算分析，由此确定出相应液压支架设置指标，保障由此构建的顶板支护体系可以表现出更强的应用价值。另外，对于控顶距进行准确计算同样不容忽视，技术人员应该结合实际开采需求以及顶板状况，准确计算最大控顶距以及最小控顶距，避免该方面存在的问题影响后续支护成效[7]。

2.4 注重动态监管

煤矿综采工作面顶板支护往往还需要加大动态监管力度，要求实时了解顶板支护体系的应用状况，对于可能出现的异常问题能够做到及时掌握和有效处理，由此更好规避各类事故。因为煤矿综采工作面在生产作业中往往会出现较大的变动，最初构建的顶板支护结构很可能会出现不适应问题，由此产生较为恶劣的危害，要求技术人员能够予以实时关注，在明确动态变化因素后，注重采取相匹配的策略予以优化调整，以此更好提升支护体系的适应性，确保相关事故得以实时防控。当然，现阶段煤矿综采工作面顶板支护中同样也出现了越来越多的新技术和新方法，同样也需要及时更新升级，以此营造更为理想的支护成效。