浅谈回采工作面支护方式与控制方法

张坤

摘 要：顶板事故是煤矿“五大自然灾害”之一，对地下开采煤矿的安全生产影响极大。在煤矿生产中，因项板管理不善而造成的人身伤亡事故占相当大的比例，搞好顶板事故的防治，尤其是回采工作面项板事故的防治，是煤矿生产技术管理和安全管理工作中一个十分重要的课题。

关键词：回采工作面；支护技术；本质安全

回采工作面支护技术研究是搞好项板管理的基础，特别是随着矿井进入深部开采后，矿山压力显现明显增大，顶板破碎，在顶板控制方面的针对性较差。因此掌握采场的矿压显现规律，采取有针对性的支护方式与控制方法，进一步改善顶板的管理状况，提高矿井的本质安全程度和经济效益具有十分积极的意义。

一、工作面的基本项结构

随着采场推进，采场上覆岩层将沿竖直方向和推进方向发生运动，并逐渐扩展到地表。通过多年的矿压观测研究与控制实践证明，采场顶板需要控制的范围是有限的。需要控制的并非与采深有关的所有岩层，而只是临近采场的部分岩层，这部分岩层包括直接项和基本顶，其运动时对采场矿压显现有明显的影响。通过实测结果反推基本项的结构形式，可以认为，各煤层工作面的基本项结构分为类拱式、拱梁式、梁式和整体塌垮式四种。

（一）类拱式结构

当基本顶由裂隙非常发育的低强度岩层组成时，控项区上方基本顶与采空区之间由块状岩体组成的挤压平衡结构关系，该结构传递力的形迹曲线近似拱形。

（二）拱梁式结构

拱梁式结构是指由岩层强度大于类拱式结构，弱于梁式结构岩层组成的基本顶结构。拱梁式结构一般由大块岩块规则挤铰而成，力的作用线成折线形式。当结构中的岩块数量增多时，结构趋于类拱式结构，当岩块体积较大时，结构趋于梁式结构。

（三）梁式结构

梁式结构是指质量较好的岩层组成的基本顶结构，运动时呈长度相近的大块断裂，每个岩块的断裂和沉降，引起工作面的周期来压。在基本顶岩层厚度为6～10m左右的砂岩和中砂岩时，一般为梁式结构。梁式结构存在的条件一般是较硬岩层组成的基本顶。

（四）整体塌垮式结构

该种结构一般由质量较好的岩层组成，该结构顶板失去了水平传递力的联系。它是随着工作面的推进，岩层跨度不断增大，剪应力超限时岩层失去平衡，形成整体塌垮。

根据某矿回采工作面矿压观测和研究，认为回采工作面顶板控制技术经济原则有三：

第一、能最大限度地消除压、漏、推等类型的冒项隐患，防止发生各种类型的冒顶事故。

第二、能保持顶底板移近量、台阶下沉量以及端面冒高等顶板状态参数在一定限度内，保证顶板处于良好状态。第三、所需要的费用最少。

二、回采工作面顶板采用陷落法管理顶板控制原则

采用陷落法管理顶板时，根据直接顶的厚度与采高之比及直接顶上覆岩层破坏特征的不同，从顶板控制的目标出发，各主采煤层单体液压支柱支护的回采工作面的顶板控制原则如下：

（一）对垮落带岩层采取“支”的原则，即采场支柱的工作阻力应能平衡工作空间及采空区上方垮落带岩层的重量。

（二）对裂隙带岩层采取“让”的原则，即采场支柱的下缩量应能适应裂隙带岩层的下沉。

（三）当直接顶厚度较薄、直接顶厚度与采高的比值小于或等于1时，尤其是煤层上面直接就是厚度不大的老顶时，可用“切”的原则切断采空区上方的基本项，如采用丛柱、密集切顶等方法，还可采用爆破方法强制放项。

（四）对各种不同类型的顶板，都要针对直接顶的稳定性考虑“护”的问题。如果是复合顶板，应使整个回采工作面的支护系统具备防推的特点。

（五）工作面的支护参数应保证顶板处于良好状态。顶板移近量不大于工作面采高的10%、不出现台阶下沉、端面顶板冒高不大于200mm。

三、主采煤层工作面的控制方法

根据上以上原则，针对不同结构型式的顶板提出各主采煤层工作面的控制方法如下：

（一）类拱式结构顶板的控制

类拱式结构顶板的控制原则是“支与护”并重，一是采用支护强度能够平衡工作空间及采空区上方类拱结构的失稳条件，采用的支柱初撑力应能平衡直接顶的岩重，并采用塑料网护顶，保持直接顶的完整性。

（二）拱梁式结构顶板的控制

拱梁式结构项板的控制原则主要是“支”。也就是说，确定的支护强度首先支住直接顶的岩重，尽量减少直接顶与基本项之间的离层，并能平衡工作空间及采空区上方拱梁式结构的失稳条件。

（三）梁式结构顶板的控制

梁式结构顶板的控制原则主要是“支与让”，支柱的可缩量应能适应梁式结构和梁式--梁式结构并存条件下的基本顶的断裂下沉。直接顶较完整坚硬时应采取强制放顶方法处理顶板，减少来压强度。

（四）整体塌垮式结构顶板的控制

由于整体塌垮式结构顶板的周期性不明显，主要是工作面的主裂隙发育方向与工作面方向平行时，使弯曲的顶板变为剪切破坏，直接顶较薄的局部区域，基本顶形成塌垮结构。对这种顶板的控制原则重点是“支”，但前提条件是采用强制放项方法弱化项板的来压强度。再就是将工作面的方向与裂隙方向之间的夹角调至12度以上，以此使确定的支护强度平衡工作空间及采空区的压力，避免局部整体塌垮结构的形成。

四、结语

在煤矿生产过程中，经常出现采煤工作面顶板事故的发生，根据现有的调查统计，因工作面引起的伤亡事故已经达到采煤总事故的80%.不仅使员工的安全和工作进度受到影响，还使企业的经济受到了影响.为了提高整个工作面的安全， 回采工作面支护技术研究工作任重而道远。

参考文献：

[1]姜福兴.矿山压力与岩层控制[J].北京：煤炭工业出版社，2004.

[2]马庆云，汤建泉.覆岩运动与破坏过程的问题探讨[J].矿山压力与顶板管理，2000（02）.

[3]鲁忠良.景国勋.肖亚宁 液压支架设计使用安全辨析[J].北京：煤炭工业出版社，2006.

[4]彭林军.煤矿回采巷道矿山压力控制与支护研究[J].西北煤炭，2008（06）.

[5]常晓宇，景艳萍.ZBD型液压支架的运动学与动力学分析[J].西山科技，2001（01）.