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[摘 要]我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，但同时也是世界上最大的矿难国。在近年发生的煤矿事故中，顶板事故仍占据了相当大的比例。在煤矿企业中，巷道顶板支护直接关乎着企业生产活动的开展情况与综合效益。本文首先介绍巷道掘进顶板支护，然后分析顶板支护存在的问题，最后提出了相应的技术管控措施，希望能够提高煤矿生产的安全性。
[关键词]煤矿井下；巷道掘进；顶板支护
中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）48-0171-01
前言
巷道掘进具有系统性、时限性；它不仅要求参照本矿区地质构造条件有效调控掘进速度，还应选择适宜的施工工艺与合理的掘进设备，同时辅以地质勘探技术，这样才有可能高效、顺利地完成巷道掘进工作。因此，本文对顶板支护的研究对于巷道掘进具有重要意义。
1、巷道顶板支护形式
随着煤炭工业的不断发展，煤矿井巷支护技术也在不断的发展。总体来说巷道顶板支护技术可将其归纳为被动支护形式、主动支护形式。
1.1 被动支护
被动支护形式把围岩坍塌岩与支护分开来考虑，二者之间形成“荷载-结构”，认为支护是为了承受围岩变形所产生的载荷，无法控制围岩变形破坏的发生，只能起被动抵抗的作用。常见的被动支护有以下几种：
（1）木支护技术
木支护技术主要是以木材作为支护材料，典型的支护方式有亲口棚、带帽点柱、木垛等。木支护浪费了大量的木材，且支护强度低，适用范围有限。现在井下只零星存在少量木垛支架、带帽点柱（好多都作为信号柱、临时支护）。
（2）石材支护方式
石材支护抗压性好，安全系数大，抗灾能力强；但其施工复杂，工期长，劳动强度大，在矩形、梯形巷道中不能使用；存在相当大的局限性。
（3）矿用金属支架
金属支架强度高、体积小、坚固耐久、防火可回收，但它不能封闭围岩、不能阻水、防止岩石风化。矿用金属支架包含多种类型，其中常糀挠泄ぷ指帧型钢。工字钢为刚性支架，它施工工艺简单，有利于巷道顶板的及时维护、易于回收、重复利用率高，但它的支护强度相对较低，不能在断层带、顶板破碎带、顶板压力大的区域使用。U型钢为可塑性支架，在采用适当支护措施和保持支架本身遭受严重破坏前，能容忍围岩发生变形，释放掉一些能量，减轻了支架载荷。巷道支架是否出现塑性变形直接关乎着极限承载能力。U型钢支护强度高，在我矿六采区回采巷道（周围采空区多，顶板压力大）和宜兴区皮带巷（过河滩破碎带、过泥石流侵入段）、轨道巷（巷道压力大、垮塌，二次维护时），都得到了很好的应用。但U型钢支架结构比较复杂，不宜回收，支架复用率低，重量大，工人劳动强度大。
（4）预留煤柱支护
煤矿井下地质条件好，顶板特别坚硬稳固时，巷道顶板可通过巷道两帮预留的煤柱来支撑，在我矿六采区头部猴车行人巷就采取了这种方式，且效果良好。 然而，预留煤柱支护也存在显著缺陷，在具体的采煤作业活动中，煤柱通常面临严重损失，若巷道煤柱布局无法使应力均衡分布，则会出现局部煤柱受力超负现象，使巷道变形，在应用此种支护形式时需承受一定风险。
1.2 主动式支护方式
主动支护方式为补强式支护，它是一种积极防御的支护方法，利用围岩本身强度来维护巷道。
（1）锚杆（锚索）支护
锚杆支护是通过锚入围岩内部的锚杆改变围岩本身的力学状态，在巷道周围形成一个整体而又稳定的岩层带，利用锚杆与围岩的共同作用，达到维护巷道稳定的目的，它是矿山支护技术的重大改革。现在煤矿巷道掘进中，锚杆支护成为了第一选择，此种支护形式用料省，支护效果好；另外锚杆轻便，施工简单，有利于机械化操作；使用广泛、适用性强，大大提高了煤矿掘进效率，增加了效益。锚杆（锚索）支护虽然显示出了很大的优越性，但其在变形量很大的软岩巷道、塑性较大的巷道，支护质量不容易保证。
（2）喷射混凝土支护
喷浆具有良好的物理力学性能，抗压强度高，能支撑地压及时控制围岩的变形与破坏；此外喷浆能很好地充填围岩的裂隙、节理和凹穴的岩面，提高了围岩的强度；同时喷浆及时封闭了围岩，隔绝了空气、水与围岩的接触，防止了风化潮解而引起的围岩破坏。喷射混凝土施工工艺简单、机械化程度高、施工速度快成本低，适用于中等稳定的块状结构围岩及部分稳定性稍差的碎裂结构围岩。
2、顶板支护存在的问题与因素分析
2.1 问题
在巷道掘进中，顶板支护存在以下问题：其一，矿区岩层整体可靠性，施工过程中岩层变形程度大，巷道整体结构可能会被损毁，增加了顶板支护工作难度；其二，巷道顶板固定不科学，煤矿井下的生产条件是复杂多变的，可现阶段来说无论哪种顶板支护方式都有它的不足之处，在实际中我们往往没有能够根据实际情况制定适宜的支护方法，导致做了很多无用功，浪费了材料。其三，巷道掘进作业面周围的情况不明确，顶板支护质量难以保证，有时巷道掘进工作面附近很可能存在采空区、老空积水等（在老矿区更显突出）。巷道掘进中，围岩一旦遇水就会出现一定的膨胀，导致围岩变形，进而损坏巷道支护结构；随层理和节理的发育，顶板裂缝增多，严重时会出现围岩离层；此种情形，十分容易出现冒顶事故，不便于顶板支护工作的开展。
2.2 因素
在巷道掘进中，出现顶板支护岩层可靠性不良、顶板固定不科学、工作面周围情况不明等问题的因素主要表现为以几点：
（1）地质构造
在巷道掘进中，煤层层理、工作面情况、顶底板稳定性等均会对巷道顶板支护产生影响。在地质条件好、基础稳固的地段，可进行快速有效掘进，但在地质条件复杂的地段，则无法保证巷道掘进质量与速。在煤矿地质条件复杂的常常会有断层、陷落柱、无碳柱的出现，这些十分容易导致煤岩层可靠性不良，顶板出现破碎现象，引发顶板垮落事故。
（2）施工工艺
目前，巷道掘进通常采用钻爆法、机掘，采用锚喷支护，这与传统掘进相比，掘进质量与速度均得到显著提高。然而，在实际掘进操作中，仍面临装药量、炮眼布置不合理；工作面超挖、欠挖等问题，进而削弱锚固喷网支护水平。
（3）其他辅助手段，
在巷道掘进前通过物探、钻探、地质坑透仪等地质手段及先进仪器探清所掘工作面范围内情况，为巷道顶板支护工作提供可靠依据。
3、技术管理措施
3.1 重视安全教育，提升煤矿从业人员素质
在煤矿生产中，安全是最重要的，矿区应重视安全教育与技术培训。通过开展系统化的技能培训，举办专题讲座，来增强安全意识，提升技术操作水平，尽可能减少因支护操作不合理所引发的生产隐患。巷道掘进顶板支护操作，首先，应熟悉操作技术规范，严格按规章制度作业，从业人员不能为图自己方便省事；同时编制合理的检查制度，重视验收，责任到人。
3.2 提升支护技术，合理组织生产
针对不同的井下条件，编制可行的顶板支护方案，全面规划巷道支护所需材料、数量、规格等；落实支护操作规范，从整体层面提升支护技术水平。另外，在巷道掘进施工中，不管选用何种形式的支护方式，应尽可能地提升巷道的光滑性，切实保障围岩的完整性与可靠性。同时巷道顶板支护具有很强的时效性，合理分配人员、确保支护材料、支护设备等及时到位同样非常必要。
顶板支护直接决定着巷道掘进施工质量。因此，在实际施工过程中，应结合矿区实际情况，合理选择支护方式，确保支护效果，提高经济效益。与此同时，还应充分利用现代新工艺、新技术、新材料，优化支护技术。只要积极探索，不断实践研究，巷道顶板支护技术一定会更加发展。
[关键词]煤矿井下；巷道掘进；顶板支护
中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）48-0171-01
前言
巷道掘进具有系统性、时限性；它不仅要求参照本矿区地质构造条件有效调控掘进速度，还应选择适宜的施工工艺与合理的掘进设备，同时辅以地质勘探技术，这样才有可能高效、顺利地完成巷道掘进工作。因此，本文对顶板支护的研究对于巷道掘进具有重要意义。
1、巷道顶板支护形式
随着煤炭工业的不断发展，煤矿井巷支护技术也在不断的发展。总体来说巷道顶板支护技术可将其归纳为被动支护形式、主动支护形式。
1.1 被动支护
被动支护形式把围岩坍塌岩与支护分开来考虑，二者之间形成“荷载-结构”，认为支护是为了承受围岩变形所产生的载荷，无法控制围岩变形破坏的发生，只能起被动抵抗的作用。常见的被动支护有以下几种：
（1）木支护技术
木支护技术主要是以木材作为支护材料，典型的支护方式有亲口棚、带帽点柱、木垛等。木支护浪费了大量的木材，且支护强度低，适用范围有限。现在井下只零星存在少量木垛支架、带帽点柱（好多都作为信号柱、临时支护）。
（2）石材支护方式
石材支护抗压性好，安全系数大，抗灾能力强；但其施工复杂，工期长，劳动强度大，在矩形、梯形巷道中不能使用；存在相当大的局限性。
（3）矿用金属支架
金属支架强度高、体积小、坚固耐久、防火可回收，但它不能封闭围岩、不能阻水、防止岩石风化。矿用金属支架包含多种类型，其中常糀挠泄ぷ指帧型钢。工字钢为刚性支架，它施工工艺简单，有利于巷道顶板的及时维护、易于回收、重复利用率高，但它的支护强度相对较低，不能在断层带、顶板破碎带、顶板压力大的区域使用。U型钢为可塑性支架，在采用适当支护措施和保持支架本身遭受严重破坏前，能容忍围岩发生变形，释放掉一些能量，减轻了支架载荷。巷道支架是否出现塑性变形直接关乎着极限承载能力。U型钢支护强度高，在我矿六采区回采巷道（周围采空区多，顶板压力大）和宜兴区皮带巷（过河滩破碎带、过泥石流侵入段）、轨道巷（巷道压力大、垮塌，二次维护时），都得到了很好的应用。但U型钢支架结构比较复杂，不宜回收，支架复用率低，重量大，工人劳动强度大。
（4）预留煤柱支护
煤矿井下地质条件好，顶板特别坚硬稳固时，巷道顶板可通过巷道两帮预留的煤柱来支撑，在我矿六采区头部猴车行人巷就采取了这种方式，且效果良好。 然而，预留煤柱支护也存在显著缺陷，在具体的采煤作业活动中，煤柱通常面临严重损失，若巷道煤柱布局无法使应力均衡分布，则会出现局部煤柱受力超负现象，使巷道变形，在应用此种支护形式时需承受一定风险。
1.2 主动式支护方式
主动支护方式为补强式支护，它是一种积极防御的支护方法，利用围岩本身强度来维护巷道。
（1）锚杆（锚索）支护
锚杆支护是通过锚入围岩内部的锚杆改变围岩本身的力学状态，在巷道周围形成一个整体而又稳定的岩层带，利用锚杆与围岩的共同作用，达到维护巷道稳定的目的，它是矿山支护技术的重大改革。现在煤矿巷道掘进中，锚杆支护成为了第一选择，此种支护形式用料省，支护效果好；另外锚杆轻便，施工简单，有利于机械化操作；使用广泛、适用性强，大大提高了煤矿掘进效率，增加了效益。锚杆（锚索）支护虽然显示出了很大的优越性，但其在变形量很大的软岩巷道、塑性较大的巷道，支护质量不容易保证。
（2）喷射混凝土支护
喷浆具有良好的物理力学性能，抗压强度高，能支撑地压及时控制围岩的变形与破坏；此外喷浆能很好地充填围岩的裂隙、节理和凹穴的岩面，提高了围岩的强度；同时喷浆及时封闭了围岩，隔绝了空气、水与围岩的接触，防止了风化潮解而引起的围岩破坏。喷射混凝土施工工艺简单、机械化程度高、施工速度快成本低，适用于中等稳定的块状结构围岩及部分稳定性稍差的碎裂结构围岩。
2、顶板支护存在的问题与因素分析
2.1 问题
在巷道掘进中，顶板支护存在以下问题：其一，矿区岩层整体可靠性，施工过程中岩层变形程度大，巷道整体结构可能会被损毁，增加了顶板支护工作难度；其二，巷道顶板固定不科学，煤矿井下的生产条件是复杂多变的，可现阶段来说无论哪种顶板支护方式都有它的不足之处，在实际中我们往往没有能够根据实际情况制定适宜的支护方法，导致做了很多无用功，浪费了材料。其三，巷道掘进作业面周围的情况不明确，顶板支护质量难以保证，有时巷道掘进工作面附近很可能存在采空区、老空积水等（在老矿区更显突出）。巷道掘进中，围岩一旦遇水就会出现一定的膨胀，导致围岩变形，进而损坏巷道支护结构；随层理和节理的发育，顶板裂缝增多，严重时会出现围岩离层；此种情形，十分容易出现冒顶事故，不便于顶板支护工作的开展。
2.2 因素
在巷道掘进中，出现顶板支护岩层可靠性不良、顶板固定不科学、工作面周围情况不明等问题的因素主要表现为以几点：
（1）地质构造
在巷道掘进中，煤层层理、工作面情况、顶底板稳定性等均会对巷道顶板支护产生影响。在地质条件好、基础稳固的地段，可进行快速有效掘进，但在地质条件复杂的地段，则无法保证巷道掘进质量与速。在煤矿地质条件复杂的常常会有断层、陷落柱、无碳柱的出现，这些十分容易导致煤岩层可靠性不良，顶板出现破碎现象，引发顶板垮落事故。
（2）施工工艺
目前，巷道掘进通常采用钻爆法、机掘，采用锚喷支护，这与传统掘进相比，掘进质量与速度均得到显著提高。然而，在实际掘进操作中，仍面临装药量、炮眼布置不合理；工作面超挖、欠挖等问题，进而削弱锚固喷网支护水平。
（3）其他辅助手段，
在巷道掘进前通过物探、钻探、地质坑透仪等地质手段及先进仪器探清所掘工作面范围内情况，为巷道顶板支护工作提供可靠依据。
3、技术管理措施
3.1 重视安全教育，提升煤矿从业人员素质
在煤矿生产中，安全是最重要的，矿区应重视安全教育与技术培训。通过开展系统化的技能培训，举办专题讲座，来增强安全意识，提升技术操作水平，尽可能减少因支护操作不合理所引发的生产隐患。巷道掘进顶板支护操作，首先，应熟悉操作技术规范，严格按规章制度作业，从业人员不能为图自己方便省事；同时编制合理的检查制度，重视验收，责任到人。
3.2 提升支护技术，合理组织生产
针对不同的井下条件，编制可行的顶板支护方案，全面规划巷道支护所需材料、数量、规格等；落实支护操作规范，从整体层面提升支护技术水平。另外，在巷道掘进施工中，不管选用何种形式的支护方式，应尽可能地提升巷道的光滑性，切实保障围岩的完整性与可靠性。同时巷道顶板支护具有很强的时效性，合理分配人员、确保支护材料、支护设备等及时到位同样非常必要。
顶板支护直接决定着巷道掘进施工质量。因此，在实际施工过程中，应结合矿区实际情况，合理选择支护方式，确保支护效果，提高经济效益。与此同时，还应充分利用现代新工艺、新技术、新材料，优化支护技术。只要积极探索，不断实践研究，巷道顶板支护技术一定会更加发展。