劉建嗣

（山西焦煤集團嵐縣正利煤業(yè)有限公司，山西 呂梁 033500）

引言

隨著世界經(jīng)濟的日益發(fā)展，其對能源的需求量也持續(xù)提升，在我國諸多能源之中，煤炭是最主要的能源之一，極大影響了我國的經(jīng)濟發(fā)展，如何保證煤炭開采的效率成為該行業(yè)必須要面對的一大難題。在開采過程中，頂板事故是發(fā)生頻率最高的一種事故，也是危害性極大的事故之一，因此，對煤層頂板進行有效的支護工作始終是礦井安全作業(yè)的重點所在。

當前，對于中厚煤層破碎頂板，在支護操作中應當采取錨網(wǎng)索、錨網(wǎng)索配合架棚、架棚等等。但是，傳統(tǒng)式的常規(guī)錨桿配合錨索的支護技術越來越難對石炭系煤層破碎頂板進行較好的支護。為了更好的處理這一問題，與石炭系煤層的開采特點及情況相結合，在傳統(tǒng)支護技術的基礎之上提出一種更有效的支護方式，該方式是主動支護與被動支護相結合的方式。

1 支護技術

1.1 頂板巖性

石炭系煤層不具有較高的穩(wěn)定性，且頂板結構的狀況較為復雜，該煤層頂板的巖性狀況見表1。在對煤層的持續(xù)開采中，煤層頂板的局部會受到火成巖的侵入，導致煤層頂板所受到的壓力越來越大，極易發(fā)生破碎問題，甚至還會出現(xiàn)冒頂問題，對工作人員的人身安全及企業(yè)利益產(chǎn)生嚴重的威脅。石炭系煤層頂板巖性，如表1 所示。

表1 石炭系煤層頂板巖性

1.2 錨桿+錨索支護

在頂板的巖層中采用高效的錨桿、錨索支護方式，確保其加固作用得到充分發(fā)揮。錨索本身不具備較高的延伸量，使得煤層頂板在發(fā)生變形的范圍之內(nèi)不會造成較大的松動破壞區(qū)域。有效設置錨桿，可以降低煤層頂板受到的破壞，對其發(fā)揮較好的穩(wěn)固作用，促使其可以與頂板上層形成一種良好的整體，進而確保頂板可以保持高度的穩(wěn)定性。并且，由于錨索可以持續(xù)深入到深度較大的穩(wěn)定層之中，這樣就可以持續(xù)增強錨桿的支護能力，同時也可以加固頂板深部的巖層，將一些松動的頂板巖層固定在深層的穩(wěn)定巖層之中。錨桿配合錨索是當前最有效的主動型支護方式[1]。

1.3 局部鋼針+架棚支護+噴漿處理

鋼針支護指的是在事先所設計的頂板位置插入鋼針，促使鋼針可以在未開采的煤體之內(nèi)形成一種假定，以此來實現(xiàn)固定頂板破碎煤層的目的。當鋼針在煤層頂板進行固定之后，可以在鋼針下端設置鋼帶及錨桿錨索支護方式，從而對頂板的破碎煤層進行有效固定。作為一種被動型的支護方式，架棚操作一般都是利用U 型或者工字鋼來增強支護，有助于提升頂板的穩(wěn)定性。通過運用噴漿處理可以對一些裸露的巖石進行及時封閉，避免再次風化。因此，在一些煤層巖性相對較差且頂板壓力過大的部位，可以利用噴漿、架棚和鋼針相結合的被動式支護方式來改善支護工作的效果，盡可能避免事故的發(fā)生[2]。

2 聯(lián)合支護方式的改進

2.1 改進思路

根據(jù)石炭系煤層的開采狀況，提出有效的承載方式，即錨桿、錨索、金屬網(wǎng)等相結合的方式，與一些特殊巖層的支護方式來進行支護。作為一種主動型的支護模式，錨桿、錨索及組合錨索相互結合的支護形式可以適用于地質(zhì)條件較為復雜的煤層，并且可以顯著提升頂板的承載性，確保頂板的穩(wěn)定。由于此類煤層頂板的巖層之中可能含有強度相對較低的砂巖及灰?guī)r，僅僅采取單一性的錨桿、錨索、金屬網(wǎng)相互組合的支護方式無法確保頂板的穩(wěn)定性，也無法取得較好的效果，極有可能導致頂板出現(xiàn)嚴重的破碎。因此，對于這種特殊的巖層，基于以往的承載結構再加設架棚、噴漿等方式來實施支護，可有效提升頂部煤層的可靠性，以取得最佳的效果。

2.2 施工步驟

支護方式經(jīng)過改良后，在開采過程中，首先需要對頂板的煤巖狀況進行觀測，依據(jù)地質(zhì)力學的檢測結果及以往的經(jīng)驗來明確支護的各個參數(shù)。對頂板局部破碎問題較為嚴重的，可以增加相應的錨索支護，如圖1 所示。其中組合錨索主要有五根錨索來配合鋼托盤，其中錨索的長度分別為6 m（兩根）、8 m（兩根）和10 m（一根），其中6 m 與8 m 的錨索布局為對角布置，10 m 的錨索采取居中布置的方式。如果遇到了地質(zhì)結構帶較為特殊的，即巖體之中含有過多的砂石及灰?guī)r，基于傳統(tǒng)的支護方式再加設其他的支護方式，最后需要對煤層表面實施噴漿處理，其厚度要超出0.1 m，確保頂板及開采的安全性[3]。

圖1 組合錨索結構

圖1 改進的聯(lián)合支護流程

3 結語

由于石炭系煤層具有十分復雜的結構，對其頂板支護作業(yè)有著極高的穩(wěn)定性要求，尤其是在開采結構過于復雜、頂板發(fā)生破碎的煤層，傳統(tǒng)的錨桿結合錨索支護方式極有可能不能保證開采過程中的安全性及穩(wěn)定性。因此基于這一傳統(tǒng)方式，結合其他類型的支護方法來實施有效的支護，可顯著提升頂板破碎時的支護效果，增強頂板的穩(wěn)定性。另外，這種支護方式極為簡單、便捷，極大提升了開采的效率及安全，對煤礦企業(yè)的長遠發(fā)展有著十分重要的意義。