煤矿井下连采机掘进巷道中顶板支护技术研究

邢 政

(龙煤七台河矿业有限责任公司新铁煤矿，黑龙江 七台河 154600)

0 引言

远古生物深埋地底，自然环境经过上千年的发展演化，最终形成了丰富的能源宝藏，其中人类最为常用的能源宝藏是煤炭。受历史发展及地壳活动因素影响，深埋煤矿的地形地貌各不相同，这对煤矿开采工作提出了严峻挑战。连采机是煤矿开采主要设备，其根据开采地区地形地貌采用不同的动力能源及材料制成，总体来看，因其开采能源种类单一，只能在性能上做出区别。而与连采机一同作业的顶板支护技术则不同，它属于安全设备，需要在开采前进行工作，要在前期对地下情况作出深入分析才能实施。

煤矿开采环境的隐秘性和不确定性导致挖掘前期需要长期的准备工作及完备的开采设施。煤矿井下作业过程中，防护准备最重要的是顶板支护技术，它能够形成一个相对安全和开阔的空间，让工人和设备通过分析顶板支护技术类型，指出影响顶板支护技术的各种因素，为顶板支护技术发展提出建议。

1 顶板支护技术类型

煤矿井下地理环境复杂，开采工作开展前，应了解土壤厚度、成分、井下地形地貌，整合煤矿基本信息，做好开采前的准备工作。其中，顶板支护技术最为重要。顶板支护技术为设备和工人提供作业空间，工作人员和设备在围成的护栏之下可以顺利进出。顶板支护技术可保证设备和工人的安全，安全性包括两方面：一是环境的安全性，即工作空间的通风性。二是设备的安全性，即设备的稳固性良好。煤矿井下地形地貌不同，顶板支护不能一成不变，应根据实际情况合理选择顶板支护技术。

1.1 锚杆支护

锚杆支护主要由托板、支架和网构成。锚杆如同船锚一样，要有一个固定点。锚杆支护中起“锚”作用的是支架，其建立的大致轮廓能将整个顶板支护固定在一个点上，为托板和网起到固定连接作用。锚杆支护技术中，托板作用最大，它可以起到最重要的支撑保护作用，还可以支撑井下石壁。井下作业时，连采车作业应小心谨慎，即使地下勘测情况预测再完善，也可能出现一些未预测的结构，一旦发生塌方事故，后果不堪设想。托板在支撑作业环境时，能够保证外界不发生力量偏差，防止对支柱产生下压作用。锚杆支护中“网”也同样起到防护作用。连采车作业或工作人员进行挖掘时，周围会发生石子脱落现象，网可以避免碎石袭击。

1.2 预留煤柱支护

预留煤柱支护技术是最传统的顶板支护技术，其在排气和通风方面具有显著优势。一般情况下，煤矿井下要留出上段区和下段区，采用预留煤柱支护时，是在煤矿上下段区将煤柱留出。上段区是煤矿运输区段，下段区是通风区段，但是上段区中部和下段区预留的煤柱安全系数并不高，会浪费许多人力物力。为提升预留煤柱的安全系数，可通过浇灌柱的形式开展作业。

1.3 矿用支护型钢

要保证建筑工程质量，就要保证用料质量。煤矿井下工作中，无论是工作人员，还是公共财产，都处于危险环境，为保证人身和财物安全，支架用料一定要过关。煤矿井下一般采用型钢，利用其质量好、形状符合要求的优势发挥作用。矿用支护型钢中，型钢形状主要有圆形、半圆形和椭圆形。这几种形状无论是在支撑力上还是在井下矿洞构造符合度方面，都是很好的选择。

1.4 可缩性支架支护

可缩性支架支护的最大优势是其可伸缩性，对于不知其貌的矿洞来说，是很好的选择。它有实际承载力和极限承载力两部分，正常情况下，巷道处于平稳状态，可缩性支架支护依靠基本结构和基本受力维持巷道平稳。如果发生不稳定的情况，可缩性支架支护会发挥极限承载力，即本身材料的稳定性。但这种支护属于耗材，有一定的使用年限，在极限情况下长期使用，使用年限会大大缩短，安全系数也会降低。

2 顶板支护技术的影响因素

2.1 地域影响因素

地域因素主要考虑周围有无水源，巷道石壁是否坚硬，以及组成巷道材料的稳定性等。如果巷道附近有水源，则意味着巷道周围土壤疏松，机械震动或挖矿会造成支撑力下降，导致巷道出现问题。巷道石壁是顶板支护的第一层保护罩，其安全性高，工作环境的安全性也会相应提高。巷道材料的稳定性涉及很多方面，地质勘测是必要的，土壤岩石的组成成分直接决定其基质的稳定性，基质稳定性高，对人力、物力、财力的消耗就少。

2.2 顶板支护自身特性

煤矿井下作业中，顶板支护技术并不是一成不变的。例如，可缩性支架支护技术，主要用于对地下形势不明情况进行探索。可缩性代表其任意变形的特性，在人为和地表活动的影响下，地下勘测结果会发生变化，可利用可缩性支架支护应对一些突发情况。矿用支护型钢，主要根据巷道而改变形状，建设矿用支护型钢支架时，要综合支架受力环境来选择钢的截面。研究表明，其截面与型号的抗弯模量具有显著相关性。综合来看，最常用的技术是锚杆支护技术，但巷道环境复杂，多种技术联合应用是最佳选择。

3 顶板支护技术的发展趋势

顶板支护技术各有优劣，未来，顶板支护技术不仅要完善其功能和性能，还要加强全能性。支护技术的基础材料，即支架等设备所用材料应在保质保量的同时，创新发展性能更好的材料。地域环境有其不同特性，研究人员应根据不同环境因素进行技术研发，支护的第一层保护屏障是岩壁设计，顶板支护技术相当于工人和设备的第二层保护屏障，应综合考虑安全和稳定因素，确保发挥双重作用，选择合适的顶板支护技术，提升工程的便利性和安全性，保证施工顺利进行。

4 结语

为保障地下作业顺利展开，顶板支护技术的稳固性和安全性尤为重要。煤矿井下环境复杂，要根据真实探测情况选用合适的顶板支护技术。总结顶板支护技术的优缺点，综合选择，联合应用，不断进行技术创新，完善技术方法，提升煤矿井下作业安全性，保证施工质量，确保煤矿井下作业的顺利实施。