破碎頂板支護方法優化中支護密度的調整

張恒旭 張亞飛

（1.平煤股份八礦掘進五隊，河南 平頂山467000；2.平煤股份八礦掘進六隊，河南 平頂山467000）

隨著社會生產水平的提高，對煤炭開采的安全性日益關注。為了解決破碎頂板問題，保證生產人員的生命安全，支護密度的計算和調整很重要。

1 頂板破碎的主要原因

頂板破碎的主要原因有兩個：第一是頂板的巖層為軟巖，強度等級低；第二是工作面的煤層強度等級低，質太軟。

2 頂板破碎的支護方式

破碎頂板的支部方式為懸臂梁的支護方式、棚子的支護方式、帶帽點柱的支護方式以及特種支架的支護方式。其中懸臂梁的布置方式分為正懸臂與倒懸臂，棚子支護的布置方式分為順板（兩柱、三柱與傾斜棚）、橫板（兩柱）與連鎖（上行式、下行式與混合式），帶帽點柱的布置方式分為矩陣排列與三角形排列。

應根據確切的頂板條件進行支護，選擇對應的支護方式，一般采用分析比較法和綜合評分法。在支護過程中，頂板的控制管理是一項難題，主要是因為過頂板破碎帶時，很容易發生冒頂事故，給安全生產帶來嚴重威脅，因此選擇合理的支護方式和支護密度至關重要。

3 優化頂板破碎的支護密度（實例）

山西某煤礦現在回采用的24#層頂板破碎，中間有薄煤層，屬于復合式頂板，偽頂為粉砂巖，厚度大概1.0m左右，含炭的質量較高，夾煤線，受壓破碎易垮，直接頂為粉砂泥巖及細粉泥巖，厚度為2.5m，致密均一，偽頂與直接頂間夾有1.0m的薄煤層；老頂為細砂巖，厚度為20m左右，夾有粉砂巖，泥洼質膠結；直接底為粉砂巖，厚度1.2m，含炭質，產化石；老底為粉砂巖，厚度16m，夾有中粒砂巖，泥洼質膠結。煤層厚度均勻，平均為2.0m，傾角在15°～25°之間，平均為22°。

24#煤層的偽頂，所夾薄煤層，直接頂累計為4.5m，隨著工作面向前推進，隨放隨落，及時地充填滿采空區，而老頂為硅質膠結的細砂巖，厚度達到20m，不易斷裂和冒落。通過礦壓觀測，初次來壓和周期來壓不明顯，無明顯壓力顯現，屬緩慢下沉老頂，故在確定支護密度時，僅考慮支撐頂板厚度為4倍煤層采高。

首先，依據頂底板狀況、采高、傾角、瓦斯、煤層穩定程度、開采方法等因素確定支架額定工作阻力、幾何尺寸、移架方式等參數，進而確定頂板支護密度。

3.1 合理支護強度的確定

P=A=∑M

（P：單位面積的頂板壓力M，r：各煤巖層的厚度、容重）

曾連發五支白羽令，率江湖盟中人對抗北方異族，江湖盟過半人數折于這一役中，謝星亦是身死，但終取得慘勝，初出茅廬的江湖少年，往往把謝星看作他們心中的榜樣。

P=1×2.68+1×1.51+6×2.4=18.59t

3.2 支護有效支撐能力的確定

支柱的有效支撐能力是指把頂板控制在要求的“位態”（以最大控頂距處的頂板下沉量表示）時，所有的支柱能達到的工作阻力平均值。考慮到支柱阻力加大會造成頂板更加破碎，平均工作阻力選擇為額定工作阻力的60%。

P=60%Rt

（P：平均工作阻力Rt：額定工作阻力）

S=P/P=L柱·L排

S=每根支柱平均支護面積

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

L柱=（0.6×30）/（18.59×1.1×1.2）=0.7m

破碎頂板開采時，主梁和主梁之間的間距為0.7m，在開采煤的實際施工中，由于材料大部分都是木棍，容易折斷造成漏尖，支護時可以考慮縮小成0.65m/對。

3.3 支護密度驗算

驗算支護密度，按Ns≥Po/Qo來計算。

計算結束后，通過調整支護密度來增大支護強度。

煤礦掘進中的冒頂事故多數因為支護能力不足，可以考慮增加頂板的支護密度來解決這一問題。由于采煤的工作面本來就比較狹窄，這樣不僅使工作空間減少，增加了生產成本，而且增加了支護的工作量，降低了回采的效率。因此，必須合理地調整破碎頂板的支護密度。

在經過合理支護密度的計算之后，結合設計支護的現狀，對破碎頂板的支護密度進行科學完善的調整與改善，才能保證煤礦開采的安全性，提高現在支護方式的質量。

4 安全措施與技術措施

4.1 頂板破碎段加強支護安全措施

遇頂板破碎段巷道時采取短掘短支，依據實際情況可以進一步減小循環度，盡力縮小空頂距，盡力縮短空頂時間，錨索、錨桿及時緊跟工作面。

4.1.1 在使用之前，認真檢查錨桿（錨索）的桿體及配件的材質、品種、規格、強度、結構是否符合設計要求。

4.1.2 禁止將支柱架設在浮煤、浮矸上。

4.1.3 錨桿（錨索）錨固力除按規定定期檢查外，還要不定期進行抽查，發現有達不到要求者，要立即停止作業，并制定相應措施。

4.1.4 巷道掘進過程中，要先打超前錨桿或其他臨時支護進行維護，嚴禁在空頂下作業。

4.1.5 巷道如遇頂板破碎或地質構造區，可縮小錨桿排間距，并可使用掛網，噴漿聯合支護，同時要加大檢查力度。

4.1.6 對錨桿（錨索）支護巷要定期檢查支護效果，經常觀察，發現異常及時制定補充措施。

4.1.7 對錨桿（錨索）支護的排間距、錨桿（錨索）角度、錨固力、預緊力、聯網質量要經常進行檢查，嚴禁為圖省事，偷工減料而違章作業。

4.1.8 對巷道的變化和頂底幫強度、頂板離層情況加強檢查，并有檢查記錄。

4.2 錨桿（錨索）錨網支護安全技術措施

4.2.1 每10m必須進行一次可錨性試驗，采用φ20×2500mm的螺紋鋼錨桿，用2支CK2350樹脂錨固劑，錨桿錨固力達到60kN即為可錨，小于60kN即為不可錨，必須采用架棚支護或棚索網支護。

4.2.2 定期對井下錨桿（錨索）錨固力進行拉拔試驗，如果實際錨固力與設計值相差明顯，則需對錨固參數進行調整和修改。

4.2.3 柱頂要查嚴背實。

4.2.4 煤底或者軟巖底時，支柱要穿液柱鐵。

4.2.5 巷道地質條件發生變化時，應根據變化程度，調整支護參數或采取應急措施及時處理，如采用錨索加固或縮小排距。

5 結語

科學的施工工藝和施工組織，創造出巨大的經濟及社會效益，為提高成煤礦掘進效率提供了一條新途徑。應該對破碎頂板進行支護密度的調整，以期達到預防碎巖石垮落傷人的目的。煤礦開采過程中的安全防護與支護等技術措施，應盡快得到提高與完善。

［1］李霞萍.淺談破碎頂板支護方法優化中支護密度的調整［J］.大科技，2013（11）:89.

［2］鄭金騰.回采工作面上、下出口支架方式的探討［J］.能量與環境，2006（1）:74-75.