高辉
陕西华电榆横煤电有限责任公司 陕西 榆林 719000
摘要：目前，位于煤矿井底部的巷道顶板支护，对有效保证综采操作安全具有十分重要的保障作用。针对井下采煤过程中工作面经常发生矿压波动，严重阻碍工作面和相关人员安全情况。本文研究了井下矿压变化原理，提出了巷道顶板防护的针对性新方案，有效地降低了矿井压力变化的强度，提高了煤矿井下综采操作的安全性。
关键词：煤矿井下；矿压变化；机理；巷道顶板；防护
引言：
随着综采人工技术的提高，煤矿井下综采操作的挖掘深度越来越大，地质环境也越来越复杂。不同矿区深度不同，地质条件下地质波动引起的矿压变化不尽相同，对巷道顶板的影响也截然不同。因此，根据以往经验，巷道顶板支护设计方案已不能满足新条件下综采的需要。在研究矿压变化机理的基础上，提出了巷道支护三阶段支护的顶板基层支护方案。在不同阶段对巷道顶板支护采用不同的加固部件结构，不仅可以有效提高巷道支护操作的工作效率，而且可以有效提高井下巷道顶板支护的强度和可靠性，保证综采工作面的操作安全。
1综采面矿压波动原理
以某大型煤矿8015综采工作面为主要研究目标，综采煤层工作面以上煤层为厚层性煤层。综采初期，由于多年采用传统依靠方法，采空区煤矿顶板在各煤矿压力的波动下已经发生了严重塌陷，塌陷处的长度已经达到了160m左右。
为了顺利达成综采工作面的目标，研究了巷道顶板支护在综采工作面的应用效果。相关人员分析了煤矿综采工作面存在的缺陷和防护影响条件，发现了工作中存在的几点主要问题，并采取了相应的针对性的解决措施。在不同煤矿内矿压强度的波动下，巷道支护顶板厚度会自动产生不同的横向应力强度变化，应力的存在对支护安全质量产生直接影响。因此,研究顶板矿压应力波动是保证巷道支护安全的重要前提。通过在巷道顶板上安装基层应力强度传感器，对综采施工过程中顶板基层应力强度变化可以进行时刻跟踪监测。
在这个阶段，我们选择在这些工作的原因主要需要考虑安全等因素。在开始开采工作之前，虽然相地质勘探方面的专家已经对煤矿开采周围的环境进行了细致的检查，但不能保证实际工作中没有安全隐患。矿山所受的矿压波动越来越大，巷道顶板失稳程度越强，上覆岩层扰动作用下的响应也越强。随着综采操作距离的不断增大，会出现冒落、压实、稳固、再冒落的死循环。综采操作过程中，最大的矿山压力波动大约是18.6 MPa，此数据为巷道顶板所能承受的最大波动压力[1]。
2煤矿井下掘进巷道的支护方式
当前，根据我国煤矿企业的实际需要，巷道所采用的支架形式主要有三种类型，即钢支架、可伸缩支架和预留煤柱支架。每种支架都有自己的优点和适用范围，工作人员可以根据矿井企业的实际情况和场地费实际环境作出合理的选择，避免方法不对导致意外的发生。
2.1矿山支护型用钢
一般来说,矿山支护用钢可以划分两种材质，即优质u型工字钢和优质工字。无论哪一种类型支撑结构钢,它都必须具有良好的韧性,并且对其抗拉和抗压冲击性能都非常好。因此,这种特殊支护类型形式常被应用于施工环境非常恶劣的煤矿山区和巷道内的开挖施工操作中,而且这种特殊支护类型使用条件非常复杂，因此对这种支护钢材的质量要求也特别高。隧道地下开挖深度到50米后,工人基本已经熟悉和完全适应地下施工环境。此时,开展支护安全工作更有利于有效保证现场施工人员的安全。
2.2可伸缩性支架
移动伸缩支架是一种小型金属支架。这类支架实际使用的承载能力主要用于指其拉伸收缩支撑过程中所反映的实际承载能力。影响承载能力的主要客观因素有很多,如连接器的整体工作承载条件、连接支架整体内部结构、环境的改变等。通过大小的差异,我们可以判断收缩支架的状态。差异越小,收缩支撑的状态越好,反之亦然。可以明显看出,伸缩支架的最佳承载状态，即实际承载能力与达到极限时的承载能力非常接近,塑性几乎不变,甚至相同。
2.3预留煤柱支护方法
矿用巷道钢型支护及可伸缩性支护材料相比,预留支护对于大部分煤矿巷道内的支护使用形式更传统。目前随着煤矿生产企业快速发展，技术应用也比较广泛。所谓上段预留支撑煤柱保护支援,主要指的是在上段和下段之间预先铺设留下一定半径宽度的支撑煤柱,使上段通风平坦的煤柱回风道和平巷宽度，能够有效避开一个支撑煤柱压力的峰峰数值，该区域的小型巷道一种支护支援形式。这种安全支护操作方式虽然操作比较简单,但是在一定程度满足巷道安全支护的技术要求。但是,这种支护方式维护很难并且费用昂贵。
3井下巷道顶板防护政策
实际应用证明了防护方法的有效性，在综采工作面通过支护技术，可以成为能够顺利将煤炭安全、高效运输的一种保障，更提高企业的工作时效和经济效益，全面提高支护效率。根据当前煤矿综采操作，煤矿巷道内部顶板压力的复杂变化,基于煤矿巷道顶板支护的综合操作可靠性和综合时效性,本文研究提出了三级压力支护的巷道顶板压力保护设计方案。
3.1巷道掘进阶段的临时支护
在煤矿巷道掘进操作中，巷道内的顶板首先需要进行临时支护，每排4-8个钢筋钢带锚杆，然后用M型钢带垫板进行临时支护。同时设计一套金属防护网，避免在扰动外力作用下对巷道内的顶板及部落石块的冲击，阻碍对巷道的有效支护[2]。
3.2留巷前的重复支护
铺设留巷前的二次开口支护中,间隙宽度应在综采巷道工作面前方15m以上,开口间隙宽度一般应为原有留巷开口宽度的1/3。在圆形支护螺栓操作中,每组螺栓设置4个圆形支护活动螺栓,螺栓上钢带设置M5钢带,相邻两组圆形支护螺栓结构之间的距离一般设置为1000mm。同时,为了不断加大支护巷道结构顶板，以及未预留巷顶板接触面等部位的锚索支护作用强度,在二级支护两侧分别设置一套单锚索进行支护。
3.3留巷内的辅助支护
随着煤矿综采工作面的不断挖掘，矿压变化下顶板的不稳定性逐渐加大，为此引入了多种辅助支护方案。稳固支护巷道结构的设置可采用单根11*2的工字钢柱型结构，一梁四柱，每柱之间间距1200 mm，沿综采工作面掘进巷道的方向布置；支护巷道内段每处布置6组稳固支护钢柱单体，在综采工作面和支护巷道中间设置3组稳固支护结构，支护巷道结构内部能承受的初期支护力不小于130 kN。滞留工作面提前预留出三组支护单元，以加强充填结构，防止冒落[3]。
4结论
针对综采工作面开采过程中矿压波动下巷道顶板稳定性差、易坍塌的缺陷。在不同工作阶段需要采用不同的巷道顶板加固支护结构,不仅可以有效提高煤矿巷道顶板支护进度,而且它还可以有效提高大型煤矿巷道顶板支护的使用强度和可靠性。研究表明：
a)矿压变化的原因是综采工作面上覆岩顶板在综采操作过程中因振动而坍塌，使巷道顶板上覆岩结构不稳定，不断坍塌；
b)三级支护的防护方案体系极其简单，支护可靠性高，支护效率和支护可靠性的深入结合大大提高了综采工作面的安全性，更提高矿井的工作时效和经济效益；
在煤矿综采支护管理使用中,工作人员需要不断学习，提高基本操作技能，做好事前准备工作,尽可能降低煤矿安全事故发生的概率,做好煤矿综采维护工作,推动支护技术在综采过程中的广泛应用,促进煤矿资源的持续发展。
参考文献：
[1]渠文钟, 王亚军. 煤矿井下矿压变化机理及巷道顶板防护的研究[J]. 能源与节能, 2020, 174(3):16-17.
[2]刘云强. 蒋家河煤矿巷道矿压观测及底臌机理分析[J]. 内蒙古煤炭经济, 2019(17):25-26.
[3]彭杨皓, 张书鹏, 张艺源,等. 煤矿大断面托顶煤巷道围岩变形破坏机理[J]. 煤矿安全, 2019, 50(5):269-274.