采煤工作面过空巷顶板支护技术研究

采煤工作面过空巷顶板支护技术研究

韩涛 高博 刘汉伟 田加宝

兖矿集团济宁三号煤矿 山东济宁 272069

摘要:介于复杂的煤矿地质条件，实际采煤时会遇到大量的承压问题，尤其是采煤工作面过空巷时矿压尤为明显。严重时可能会造成支架压架和倒架现象。给矿井施工带来安全隐患。解决此问题，需要借助填充支护技术。笔者就针对相关问题展开讨论。

关键字：采煤工作面；空巷；顶板支护

煤炭开采是我国能源战略重要行业，一直以来得到高度重视，发展比较稳定。但是由于我国煤炭资源所处实际地质结构比较复杂，在实际采煤工作中会遇到很多问题，尤其是工作面矿压方面。比较常见的解决方案是空巷顶板支护技术，其中涉及到的诸如支护材料和支护方式等问题均需根据实际施工情况来进行调整。下面就对空巷顶板支护技术进行研究。

1、相关作用

1.1承担空巷受力

采煤矿井的实际地质环境复杂，加之随着采煤进度的推进，对原有的采煤地质环境产生了一定的影响和改变，从而改变了整个地质环境的力学结构，造成采煤工作面空巷的承压加大。顶板支护可以很好的承担一部分空巷压力。使整个煤矿作业环境的力学结构更加稳定。有效延长采煤环境稳定时间，给采煤作业施工留出跟多的可用时间。

1.2避免安全隐患

由于采煤作业环境地质结构改变引起的力学结构改变，对整个工作环境都产生了影响。尤其是空巷部位缺少必要的支撑力做支撑，其顶部和两侧都承受着大量的压力。随着工程进步的推进，空巷真空区域不断扩大，承受的压力也不断的增加，直到达到空巷承压临界值。最终造成采煤作业一线环境遭到破坏，空巷发生局部坍塌，给一线作业人员和采煤作业设备带来生产安全隐患。使用空巷顶板支护技术可以平衡空巷受力环境，给工程安全带来保障，以确保采煤工作顺畅、高效、安全的开展。

2、技术分析

2.1材料分析

采煤工作面过空巷顶板支护技术主要采用填充支护方式来对采煤巷道进行支撑，而填充材料的选择直接关系到后续工程施工后的支撑效果和质量，对整个过空巷顶板支护技术起到关键作用。通常会使用由硅粉、矿粉以及硅酸盐水泥等无机活性材料混合制成的特殊材料来进行填充。在进行调配时，要严格控制不同基础材料之间的比例，根据一定的比例来调配浆液，然后将浆液灌入配套的填充膜袋之中。全程要确保浆液不出现沁水现象，且要在短时间之内凝结，便于快速成型。与此同时，成型材料的制作地点通常并不在矿井使用现场，在制作成型之后还要对其进行长距离泵送操作。这就要求成型材料具有一定的强度。填充膜袋一般是由新型的PVC材料构成，并且铺设有一层钢丝模，进一步巩固灌入其中的填充材料。PVC材料具有良好的防火和抗拉性，有利于膜袋在复杂的煤矿施工环境中的稳定。在对填充支护方案进行提前设计时，要对顶部预留出一定的让压层，给巷道顶板留出一定的下沉空间，利用双层设计加强顶板支护能力。

2.2力学实验

煤矿井过空巷顶板支护对承压力有较高要求，填充材料的配置比例不同，最终成型的支护组件所具备的力学性能也是不同的。所以对支护填充材料进行力学实验分析很有必要。在实验室内根据煤矿井下实际使用的填充支柱大小等比例进行缩小制作，共制作两块大小相同的实验用支柱，一块是无让压层的普通支柱，一块是有让压层的的支柱。本次试验设计的两块支柱尺寸为高度450mm，直径150mm。分别对两组模块进行力学性能实验,见表1。

表1 普通支柱和有让压层支柱力学分析

经过力学实验可知，在同等外部受力条件下，有让压层支柱比无让压层的普通支柱支撑能力更强，屈服载荷更大，在支护顶板处于实际采煤环境中收到综合力学作用而产生较大变形时，有更好的性能来防止巷道顶板因受力而垮落，支柱稳定性更强，避免出现因劈裂而失效的情况。

2.3支护形式

受采煤地质环境因素制约，矿井过空巷承压问题一直存在。承压工作面过空巷顶板支护是常见的的解决方法。而实际采用的支护形式根据施工环境不同而略有不同。比较常见的支护形式有木垛支护、锚杆支护和填充支护等。其中应用最为广泛的就是填充支护技术。填充支护技术相对于其他支护技术来说，具有更加强大的让压能力，变压承受能力和支撑力也更强，且更容易被采煤机加工切削。且填充材料根据一定的比例调制之后，具备更加优质的综合力学性能，还具备更强的环境适应力，耐腐耐火，有更长的使用寿命。因此填充支护形式越来越受到推崇，逐渐成为采煤工作面空巷顶板支护技术的主流支护形式。

3、工程实践

采煤工作面对空巷顶板支护技术的应用时建立在采煤工作实际环境中的空巷环境内，只有应用于具体的工程实践之中并发挥其作用，有效改良采煤工作环境的承压，有效保障施工安全才有意义。运用空港顶板支护技术来对采煤工作面空巷环境来进行工程实践检验才能最直观的显示空巷顶板支护技术对解决空巷环境因承压过大而产生的一系列安全隐患的效果。采煤工作面过空巷顶板支护是一项综合工程，对各方面的工程布局都有一定的要求。空巷顶板支护通常会运用顶板锚索和锚杆配合钢板来承担支护任务，主体部分选用高度和直径匹配的圆柱形填充支柱进行顶板支护，同时要在其上方预留足够的让压层。填充支柱之间采用平行交错的模式进行布局。在实际的工程实践中发现，空顶围岩的位移量在可承受范围内，工程回采面也没有出现各种支架受压产生倒架和压架的现象。

结束语

总之，建立在填充支柱技术基础上的空巷顶板支护技术相对于一些传统的顶板支护技术具有各方面的优势，以其良好的综合性能有效的保障了空巷承压安全环境，最大限度的避免了矿井承压风险造成的安全隐患。通过普通顶板支柱和有让压层的顶板支柱的实验分析比较也发现，留有让压层的处理让顶板支护的力学承压效果更加显著。通过工程实践也再次证明了材料填充支护下的空巷顶板支护技术的优越性能，可以广泛应用。

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