破碎顶板支护方法优化中支护密度的调整

张恒旭 张亚飞

（1.平煤股份八矿掘进五队，河南 平顶山467000；2.平煤股份八矿掘进六队，河南 平顶山467000）

随着社会生产水平的提高，对煤炭开采的安全性日益关注。为了解决破碎顶板问题，保证生产人员的生命安全，支护密度的计算和调整很重要。

1 顶板破碎的主要原因

顶板破碎的主要原因有两个：第一是顶板的岩层为软岩，强度等级低；第二是工作面的煤层强度等级低，质太软。

2 顶板破碎的支护方式

破碎顶板的支部方式为悬臂梁的支护方式、棚子的支护方式、带帽点柱的支护方式以及特种支架的支护方式。其中悬臂梁的布置方式分为正悬臂与倒悬臂，棚子支护的布置方式分为顺板（两柱、三柱与倾斜棚）、横板（两柱）与连锁（上行式、下行式与混合式），带帽点柱的布置方式分为矩阵排列与三角形排列。

应根据确切的顶板条件进行支护，选择对应的支护方式，一般采用分析比较法和综合评分法。在支护过程中，顶板的控制管理是一项难题，主要是因为过顶板破碎带时，很容易发生冒顶事故，给安全生产带来严重威胁，因此选择合理的支护方式和支护密度至关重要。

3 优化顶板破碎的支护密度（实例）

山西某煤矿现在回采用的24#层顶板破碎，中间有薄煤层，属于复合式顶板，伪顶为粉砂岩，厚度大概1.0m左右，含炭的质量较高，夹煤线，受压破碎易垮，直接顶为粉砂泥岩及细粉泥岩，厚度为2.5m，致密均一，伪顶与直接顶间夹有1.0m的薄煤层；老顶为细砂岩，厚度为20m左右，夹有粉砂岩，泥洼质胶结；直接底为粉砂岩，厚度1.2m，含炭质，产化石；老底为粉砂岩，厚度16m，夹有中粒砂岩，泥洼质胶结。煤层厚度均匀，平均为2.0m，倾角在15°～25°之间，平均为22°。

24#煤层的伪顶，所夹薄煤层，直接顶累计为4.5m，随着工作面向前推进，随放随落，及时地充填满采空区，而老顶为硅质胶结的细砂岩，厚度达到20m，不易断裂和冒落。通过矿压观测，初次来压和周期来压不明显，无明显压力显现，属缓慢下沉老顶，故在确定支护密度时，仅考虑支撑顶板厚度为4倍煤层采高。

首先，依据顶底板状况、采高、倾角、瓦斯、煤层稳定程度、开采方法等因素确定支架额定工作阻力、几何尺寸、移架方式等参数，进而确定顶板支护密度。

3.1 合理支护强度的确定

P=A=∑M

（P：单位面积的顶板压力M，r：各煤岩层的厚度、容重）

曾连发五支白羽令，率江湖盟中人对抗北方异族，江湖盟过半人数折于这一役中，谢星亦是身死，但终取得惨胜，初出茅庐的江湖少年，往往把谢星看作他们心中的榜样。

P=1×2.68+1×1.51+6×2.4=18.59t

3.2 支护有效支撑能力的确定

支柱的有效支撑能力是指把顶板控制在要求的“位态”（以最大控顶距处的顶板下沉量表示）时，所有的支柱能达到的工作阻力平均值。考虑到支柱阻力加大会造成顶板更加破碎，平均工作阻力选择为额定工作阻力的60%。

P=60%Rt

（P：平均工作阻力Rt：额定工作阻力）

S=P/P=L柱·L排

S=每根支柱平均支护面积

L柱=P/（P·L排·K）（L柱、L排：支柱的柱距、排距K：支柱修正系数选1.2）

L柱=（0.6×30）/（18.59×1.1×1.2）=0.7m

破碎顶板开采时，主梁和主梁之间的间距为0.7m，在开采煤的实际施工中，由于材料大部分都是木棍，容易折断造成漏尖，支护时可以考虑缩小成0.65m/对。

3.3 支护密度验算

验算支护密度，按Ns≥Po/Qo来计算。

计算结束后，通过调整支护密度来增大支护强度。

煤矿掘进中的冒顶事故多数因为支护能力不足，可以考虑增加顶板的支护密度来解决这一问题。由于采煤的工作面本来就比较狭窄，这样不仅使工作空间减少，增加了生产成本，而且增加了支护的工作量，降低了回采的效率。因此，必须合理地调整破碎顶板的支护密度。

在经过合理支护密度的计算之后，结合设计支护的现状，对破碎顶板的支护密度进行科学完善的调整与改善，才能保证煤矿开采的安全性，提高现在支护方式的质量。

4 安全措施与技术措施

4.1 顶板破碎段加强支护安全措施

遇顶板破碎段巷道时采取短掘短支，依据实际情况可以进一步减小循环度，尽力缩小空顶距，尽力缩短空顶时间，锚索、锚杆及时紧跟工作面。

4.1.1 在使用之前，认真检查锚杆（锚索）的杆体及配件的材质、品种、规格、强度、结构是否符合设计要求。

4.1.2 禁止将支柱架设在浮煤、浮矸上。

4.1.3 锚杆（锚索）锚固力除按规定定期检查外，还要不定期进行抽查，发现有达不到要求者，要立即停止作业，并制定相应措施。

4.1.4 巷道掘进过程中，要先打超前锚杆或其他临时支护进行维护，严禁在空顶下作业。

4.1.5 巷道如遇顶板破碎或地质构造区，可缩小锚杆排间距，并可使用挂网，喷浆联合支护，同时要加大检查力度。

4.1.6 对锚杆（锚索）支护巷要定期检查支护效果，经常观察，发现异常及时制定补充措施。

4.1.7 对锚杆（锚索）支护的排间距、锚杆（锚索）角度、锚固力、预紧力、联网质量要经常进行检查，严禁为图省事，偷工减料而违章作业。

4.1.8 对巷道的变化和顶底帮强度、顶板离层情况加强检查，并有检查记录。

4.2 锚杆（锚索）锚网支护安全技术措施

4.2.1 每10m必须进行一次可锚性试验，采用φ20×2500mm的螺纹钢锚杆，用2支CK2350树脂锚固剂，锚杆锚固力达到60kN即为可锚，小于60kN即为不可锚，必须采用架棚支护或棚索网支护。

4.2.2 定期对井下锚杆（锚索）锚固力进行拉拔试验，如果实际锚固力与设计值相差明显，则需对锚固参数进行调整和修改。

4.2.3 柱顶要查严背实。

4.2.4 煤底或者软岩底时，支柱要穿液柱铁。

4.2.5 巷道地质条件发生变化时，应根据变化程度，调整支护参数或采取应急措施及时处理，如采用锚索加固或缩小排距。

5 结语

科学的施工工艺和施工组织，创造出巨大的经济及社会效益，为提高成煤矿掘进效率提供了一条新途径。应该对破碎顶板进行支护密度的调整，以期达到预防碎岩石垮落伤人的目的。煤矿开采过程中的安全防护与支护等技术措施，应尽快得到提高与完善。

［1］李霞萍.浅谈破碎顶板支护方法优化中支护密度的调整［J］.大科技，2013（11）:89.

［2］郑金腾.回采工作面上、下出口支架方式的探讨［J］.能量与环境，2006（1）:74-75.