摘要：煤层开采过程中，工作面顶板往往难以形成稳定的“砌体梁”式结构，在大采高、高速推进和长壁工作面的高强度开采过程中顶板易出现台阶下沉，常常造成顶板沿煤壁的全厚切落，矿压显现更加强烈且更加复杂。导致支架或形成涌水溃砂通道，给煤矿安全带来诸多隐患。
关键词：煤矿井下；采矿顶板；管理
引言
在煤矿井下生产过程中，相对于煤矿瓦斯爆炸、透水等事故而言，顶板意外垮落引发的顶板灾害具有发生频率高，控制难度大和事故总量大等特征，已成为控制煤矿事故总量的重点。据相关文献统计，仅近10年来，由顶板灾害引起的死亡人数占矿山总死亡人数的32.9%，居前各类事故之首。2014年国家监察局组织专家对全国45户重点监控企业的402个所属煤矿进行调研后指出，顶板灾害是当前和今后影响煤矿安全生产和综合经济效益的重大而普遍的问题。所以为了使煤矿安全问题得到好转，重点还在于怎样最大程度降低顶板事故的发生。
1 现存的巷道掘进顶板支护形式
1.1 锚杆支护
在目前的煤矿巷道顶板支护工作中，最常见的就是锚杆支护。锚杆支护法可以在整体上来保证巷道的安全。锚杆是一种长的锚栓，用于稳定岩石开挖，可用于隧道或岩石切割。它将负载从不稳定的外部转移到岩体内部（和更强）的内部。19世纪90年代，岩石螺栓首次用于采矿，系统使用于20世纪20年代在美国的圣约瑟夫铅矿记录下来。从20世纪40年代末开始，美国和澳大利亚的公路隧道支援应用了岩石螺栓。澳大利亚的工程师们在1947年开始使用和进一步开发岩石螺栓，这些工程师在开展雪山计划的同时，开始试验4 m长的膨胀锚栓。
1.2 伸缩性能突出的支架
金属支架承载能力更强，主要体现在极限承载和工作承载等方面。在煤矿的开采中，支护板件在遭受过大的承载力之后就容易引发断裂坍塌。因此，在选择巷道支架时，所选择的支架一定要具备良好的收缩性能，能发挥非凡的支护作用。金属支架是没有涂层或覆盖物的支架（如在覆盖支架药物洗脱支架中使用的）。它是细网的网状管。
1.3 预设煤柱
应该在铺设巷道顶板支护的地方预埋下一定宽的煤柱。预设煤柱的支护方式已经有了一定时期的发展应用，但是其也存在自身不可避免的弊端，预设煤柱带来的损失很大，后期甚至会引发巷道的崩裂、坍塌。以这个角度看来，通过预设煤柱来支护顶板在一定程度上容易造成安全隐患。
1.4 矿用支护型钢
一般来说，矿用支护型钢主要用到的有U型钢和工字钢两种类型。在煤矿巷道中，因为矿用支护型钢形状特殊，力学机械性能和其他钢种相比又较好，经常被用在巷道中椭圆拱形、半圆形或圆形的地方。所以，选择巷道矿用型钢时，应该选择一些抗压性较好的类型。此外，在实际应用巷道的过程中巷道会在两个方向上发生很大的位移，这是由于矿层地质构造与掘进切面两方面产生了变化而造成的。因此，这需要支架本身就具备较好的承载力。
2 煤矿井下巷道掘进顶板支护的施工要点
15 年来，采矿业和支援体系发生重大变化。屋顶吊顶已被采用为主要的支撑系统。多年来，我国的主要煤矿支援系统是钢框架或拱形支架。然而，自20 世纪90 年代初推出摇杆系统以来，它已成为煤矿的主要支撑系统，煤矿开采事故减少。这种改变最初归因于引入了一个实践守则，该守则引入了系统监测，然后介绍了简单易用的网状网架系统。该系统已被证明是非常成功的，已经被引入到由方钢组合支撑的煤矿中。目前，一个工作组正在审查大型道路支撑，由钢拱支撑支撑，以设计这种类型的网状网架系统。
1993 年，一次重大煤矿事故造成三人死亡。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆随后的听证会建议，应用岩石力学学术界和大学之间的协议，这项研究导致监测技术、岩石材料、消耗品的改进，以及对地层条件和支持机制的更好理解。在管理和指导采煤工作面的顶板时，要合理、科学地选取其液压的支架形式，确定单体支架的支护方式，加强工作面的安全程度，并有效避免发生顶板事故。在实际采煤时，要给支柱穿上底鞋，来提高支柱的承载力。值得注意的是，木材的横向抗压强度不够大，不能当做底鞋材料。一般而言，钢型结构件为金属顶梁，构成支柱的主要组成部分为活柱与底柱，二者之间的伸缩最终形成了支柱的收缩性。
3 支护管理措施
3.1 增强巷道顶板的承载力
采矿深度达1100 m，典型深度为800~900 m。煤层以上岩石的地质条件是可变的，从弱泥岩到5 m厚度分级到具有抗压强度的粉砂岩和砂岩可以超过60 MPa。应力场是决定采矿条件的主要因素，其水平应力分量的大小和方向可能对煤矿失效有重要影响。开掘尽可能采用光面爆破的方式，并借助锚喷支护，来避免煤岩层发生松动，确保围岩的完整和稳定，提高顶板自身的承载力，让围岩和支护体结构都能发挥承载作用。
美国矿山检查员早在1954年就对岩石锚栓的使用情况进行了调查研究。他们研究了在矿山使用屋顶螺栓，并强调要使用螺栓进行护理和实验，并强调不应将屋顶螺栓用作可能受未来作业影响的道路中唯一的支撑方式，其中存在地层中的自然弱点和发生床分离。岩石锚栓于1964年使用机械点锚固螺栓，但是随着许多屋顶落下，这些螺栓的使用停止了。使用树脂锚固螺栓的进一步试验发生在20世纪70年代和80年代初，由于对所涉及的力量缺乏了解，发现它们不适合这种情况。由于大部分的矿井都很深，并且对于长墙而言，使用长达3000m长的单道道路，所以认为系统必须通过广泛的研究计划以引入和发展受控方式。实践规范的制定也被认为是使摇滚系统能够安全引进的关键。90年代，岩石螺栓被成功地引入到了煤矿作为主要的支撑体系。今天，所有新建煤矿的大约95％得到该系统的支持。
3.2 提高支架强度
开始挖掘时尽量选择一些具备韧性和钢型的结构，来减轻巷道位移和变形现象，这也有利于维持巷道空间的完整程度，减少后期的返工。
3.3加强井巷维修的顶板管理
在井下采煤过程中，通常存在着众多安全隐患，为了有效减少井下采矿存在的安全隐患，在进行采煤巷道的维修前应当采取相关安全措施，加强井巷维修的顶板管理，加强片帮管理力度。在完成现场顶板的鉴定后，应当制定具体的巷道维修施工方案。在进行维修时，应当注重巡回检查，及时清除悬矸、脱皮掉块及危石等，对严重失修的巷道地段采取专门的维护措施，以便一旦出现异常及时进行维修。在进行井巷维修和断面扩大时，首先应当确保维修人员的安全。在更换巷道支护时，必须对所更换支护的临近支护进行预先加固，再进行巷道更换支护作业，确保更换巷道支护作业安全。当井下煤矿开采区域出现冒顶现象以及三架及以上的支架失效时，应当采取相关措施及时进行处理。为了防止顶板堵人现象的发生，在对掘进面进行维护并进行巷道维修过程中，若发生帮、顶脱落或者片帮等现象时，应当立即停止作业。
3.4加大掘进工艺和设备投入力度
在开展煤矿井下巷道掘进工作时，要尽可能地多应用锚索和锚网等能够伸缩的支架来防护，并开展机械化作业。同时，在掘进小断面煤矿巷道时，要普及凿岩台车的使用，使钻孔开孔、换钎返钎和定位工作都能实现自动化操作。
结束语：
综上所述，如何确保浅埋煤层开采的安全，减少切顶压架事故，是目前煤炭工业发展亟待解决的难题之一。
参考文献：
[1]吕军，侯忠杰.影响浅埋煤层矿压显现的因素[J].矿山压力与顶板管理，2000，17（2）：39-40.
[2]聂伟雄.浅埋煤层长壁保水开采探究[J].煤矿现代化，2005，67（4）：29-30.
[3]陈友欣.加强井下采矿顶板管理的方法[J].科学时代，2013，（20）.
论文作者:高云雷
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/4/25
标签：顶板论文; 巷道论文; 煤矿论文; 支架论文; 螺栓论文; 岩石论文; 井下论文; 《基层建设》2019年第4期论文;