巷道优化顶板支护设计的三种类型
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作者: 陈永辉
摘要： 优化顶板的设计可以有效的减少顶板事故的发生，确保煤炭生产企业的生产安全，对顶板事故发生的原因进行分析，介绍顶板事故发生前的预兆，并提出优化顶板支护的设计，最后对顶板支护的管理做介绍。
关键词： 顶板支护；顶板事故；支护管理
中图分类号：TD263文献标识码：A文章编号：1671－7597（2012）0110059－01
顶板支护设计的受力特性对于支架围岩关系具有重要的影响。在这一体系中， 巷道的老顶-直接顶-支架-底板组成了支架与围岩相互作用的力学体系。直接顶即是支架的直接维护对象，又是支架的施力和传力介质，老顶的作用力通过直接顶作用到支架上。因此，煤矿顶板支护在其厚度为不同采高倍数时的应力场及位移场分布，提出了其承载的区域性特征，也为煤矿支架围岩关系的进一步研究奠定了基础。
1 顶板事故的原因分析
位于煤层上方的岩层就是煤矿回采工作面的顶板。根据与煤层间垮落的性质和相互位置，顶板可分为三大类：老顶板、直接顶板、伪顶板。发生顶板事故，基本都在这三类顶板上，主要原因有以下四点，下面具体做一下介绍：
1）空顶作业。矿工思想麻痹，存在侥幸心理，觉得煤层顶板的岩层较好，就不及时支护或者根本就不支护煤层顶板岩层，尤其对于工作面或裸体巷道，无超前支护甚至减少支护，矿工在工作面进行冒险空顶违章作业，一旦顶板岩层的支撑力失去了平衡，很容易就会导致发生顶板事故，矿工的生命受到威胁。2）敲帮问顶的工作做不到位。发生这种情况主要是因为矿工的素质较低，缺乏敲帮问顶的经验和技巧。放炮后矿工进入到工作面，敲帮问顶的时候没有把浮石、叼矸敲下来，并且对暂时无法敲下来的浮石、叼矸又无有效的防护措施采取。一旦浮石、叨矸失去支掌力，就会有浮石、叼矸砸人的事故发生。3）支护工程的质量差。因为支护技术的水平差，对巷道的支护质量不严格要求，采煤面的支护柱距不按标准建造，支护的方法不当，支护的柱径太小，应架棚支护的不架支护棚、支柱应该带帽的不带帽。支护工程的质量差导致顶板岩层来压力时，棚支护活支护柱垮落，发生冒顶的事故。4）采掘工作面不使用前挂梁的超前支护，导致矿井下的矿工在并没有安全掩护的情况下在采掘工作面工作，并发生事故。
2 顶板事故发生的预兆
顶板事故发生前往往会有些预兆，掌握了这些预兆有利于避免安全事故。下面具体介绍一下常见的几种预兆。
1）煤层的顶板岩层发出预兆。煤层的老顶板岩层周期来压和初次来压期间，顶板岩层经常发出断裂的声音，工作面常会不断听到类似闷雷的声音。这就说明煤层的老顶板和直接顶板的岩层发生断裂或者脱层，预示煤层的顶板岩层压力在逐渐变大，煤层顶板岩层的下沉量快速增大；顶板岩层沿着煤帮的方向出现缝隙断裂，严重的还会产生台阶的下沉。这些都是煤层的顶板岩层忽然压力变大的征兆，要是这种现象继续发展下去，就说明矿工作在的工作面要出现冒顶事故了；煤层的采空区预留信号柱被折断，压弯，并且连续发出响声，这就说明煤层的顶板岩层压力在急剧增大；当煤层的顶板岩层大面积的来压力时，破碎的顶板岩层处就会连续掉碴，岩尘飞扬，岩粉下落。以上现象都表明了煤层顶板岩层来压的活动再继续增大。2）煤帮发出的预兆。因为冒顶前压力的增大，所以煤壁受压。煤层受压后片帮会增多，煤层从而变得松软。3）木支架发出预兆。如果工作面正在使用木柱支护，在大冒顶发生之前，煤层顶板的岩层下沉量剧烈增加，导致木柱支架大批量的被压裂、压劈，甚至折断，所以能够连续的听见支护木柱断裂声；在煤层的底板和顶板软岩层或者留底煤工作面，支护的木柱会有很多插入留底煤层或底板岩层中；如果出现大量的支护木柱压缩，变成扫帚状，产生严重变形，预示着大的冒顶事故要发生。
3 巷道优化顶板支护设计
针对深部巷道复杂的应力环境和多变的围岩性质，对锚杆支护参数进行优化设计，可以确保深部巷道支护的最优化和长期稳定。可把回采巷道分成以下三种类型来进行巷道支护：
第一类巷道：只服务一个工作面（只经历一次采动）同样的支护方案设计并且实施支护。对于这类巷道，只需要对巷道的顶板进行支护，采用经济的锚杆加锚索加钢筋梁进行联合支护。
第二类巷道：为二个工作面服务（经历两次采动）的巷道，比如辅运巷道、瓦斯尾巷等，该类巷道可以用同样的支护方案设计。这类巷道支护方式可以用顶板锚杆进行矩形布置，每排五根，每排距离一米，巷道的补强支护可以用锚索加 金属网加W钢带进行联合支护。
第三类类巷道：在地质破碎带内，巷道顶板裂隙发育，这类巷道不管是受几次采动影响，都依照最保险的支护设计。这种类型的巷道支护因为会受到地质破碎带的影像，所以巷道顶板支护的参数和第二类巷道相同，可以采取正帮用玻璃钢的高强度锚杆加菱形金属网进行支护，副帮不但要采用金属锚杆加菱形金属网支护以外，还要W钢带配合锚索加强维护。
煤矿顶板的支护设计应根据实际情况，选择最可靠的支护参数和支护工艺；同时，为了让顶板设计更合理，应在采面布置上作认真的研究，最大限度的避开地压对其的影响；同时还要加强矿压的观测，定期引进新技术，并不断开发新型的支护材料，除了这些还应该加强支护的管理制度。
4 加强深井回采巷道的支护的优化和管理
随着开采深度的不断增加，深井回采巷道因受高地应力、回采等多种因素的影响，其支护存在很大困难。做好深井回采巷道的支护的优化，改善支护手段，加强支护管理工作，才能解决矿井回采巷道的支护问题。
4.1 做好超前支护工作。做好超前的支护工作后再掘进或开拓破碎的岩层，严防巷道顶板的岩层塌落，导致事故的发生。目前已经推广并应用的有锚杆超前支护、架棚超前支护、前挂梁超前支护等。超前支护已被无数的实践证明了其实保证安全的最好方法。
4.2 必须保证支护的质量。支护不牢固等价于豆腐渣工程，当煤层的顶板岩层压力来时，支护就垮了，这种情况导致伤亡的事故屡有发生。所以，必须严格依据相关规程检测支护的质量。支护木柱的最小直径不能小于160毫米，背板的最小厚度不能小于50毫米，支柱带帽的厚度不能小于8毫米。掘面的支护腿位要选择坚硬的底板岩层；在煤层中的支护木柱必须“穿鞋”支护，特殊支护以及立槽煤支护要在横梁上，让支护的支撑力和顶板岩层的压力平衡，从而达到可靠的安全的效果。
4.3 建立合理的管理制度。煤矿工人生命的安全和支护质量工程的好坏息息相关，支护工程还关系煤矿安全生产工作，相关部门必须建立、健全支护的管理制度，并且严格依据支护技术要求操作，经常检查支护情况，还需要建立起支护情况的管理档案。对支护质量差、技术不熟练的队伍，要定期培训并跟踪管理，不合格的工程必须要要返工。还要增强矿工支护质量的意识，从而确保支护的牢固和安全。
参考文献：
[1]张庆春，煤矿顶板事故的预防主体及其行为分析[J].矿业安全与环保，2010，37（zl）.
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