煤矿井下顶板支护技术及发展方向研究

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  [摘 要]近年来,煤矿井事故频发,引发人们的思考,如何塑造良好的作业环境,保护井下迆人员的安全成为人们需要考虑的问题。了解煤矿井下顶板支护技术之前,我们需要明确煤矿顶板的定义,了解所开采煤矿顶板的地质类型等,了解我国常用的支护方法,对顶板支护技术有一定的基础了解。本文在第二部分对我国煤矿顶板事故发生作业环境进行简单分析,其中采掘工作面、巷道、掘进工作面等三个作业环境顶板事故发生频率最高。进而引出井下顶板支护技术与发展方向。
  [关键词]煤矿 顶板支护 顶板事故 支护
  中图分类号:TD355 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)13-0215-01
  随着煤矿矿巷掘进与煤矿资源开采工作的不断进行,原岩应力的平衡状态被打破,煤矿井下顶板活动会越来越频繁,造成煤矿开采的难度与危险度都非常大。顶板支护是稳定顶板,确保地下作业正常进行的有力稳定因素。而且顶板事故在各类煤矿事故中发生频率最大,所占比例也最大。我们需要探索事故原因,采取有效的解决策略,根据不同地质环境运用正确的顶板支护技术,提高顶板支护技术水平,尽量避免煤矿顶板事故发生。
  1、 明确煤矿顶板定义与常用支护方法
  每个煤矿的顶板之间具有不同点,但是对于所有的煤层来说,顶板是位于煤层之上的,待煤层形成以后岩层。相应的是,先于煤层生成,位于煤层之下的岩层被称为底板。相对于顶板,底板较为稳定。不同煤矿井顶板的厚度与岩层性不同,而且开采工艺不同等造成的顶板破碎或者冒落情况也不尽相同。我们需要在煤矿开采之前,了解顶板岩层的特征特性、厚度、年限、含水性等诸多特征,这对于确定顶板支护技术与顶板支护管理等具有非凡的意义。 国内大型煤矿工作面长采用单体液压支柱、滑移支架和综采支架的使用,大大降低工作面顶板事故发生频率。受到资金限制,乡镇的中小煤矿开采企业多运用传统的木头支护方式,陈旧的支护方式存在,木头支护效果差,维护费用高,事故频发等问题。
  2、 矿顶板事故问题分析
  与煤矿井下瓦斯、水灾等诸多事故造成的后果相比,煤矿冒顶事故具有明显的发生频率高,影响范围较小,造成人员伤亡多等特点,且冒顶事故较其他事故的影响时间更长。因为顶板事故多发生在煤矿采掘导致矿山压力重新分布,采掘空间的顶板以及矿藏资源周围的岩体所受的压力发生变化,一旦无法承受压力便会发生垮落事件。顶板事故伴随着了煤矿井开采的整个过程,具有不可预测性。顶板事故会带来严重的后果。提高煤矿井下顶板支护技术要求我们需要了解顶板事故发生原因,了解事故发生环境,在这个基础上,继续探讨支护技术,探讨支护技术的发展展望。笔者随机选取2012年-2014年的117次煤矿顶板事故,进行顶板事故发生作业环境的总结与分类,得出以下数据。
  从上文表格中,我们可以看到煤矿顶板事故涉及较多的作业环境,有采掘工作面,掘进工作面,巷道,石门、采空区等,其中以采掘工作面,掘进工作面与巷道的发生频率最高。支护工作人员在这三种作业环境下应当尤其注重运用正确的支护技术,遵循相关安全工作规章,正确实施恰当的支护工艺。煤矿管理人员则应该注意此类作业环境下的支护管理工作,将顶板事故发生频率降至最低,避免出现人员伤亡现象。总的来说,尽量减少采掘工作面、巷道与掘进工作面顶板事故发生频率,具有显著的现实意义。
  3、 煤矿井下顶板支护技术与发展
  与国外先进采煤技术相比,我国煤炭开采业较落后。主要由两个原因造成,一是技术水平,二是管理水平。管理工作是制约我国煤矿生产开采的重要因素。笔者认为支护技术也非常重要。淘汰落后的顶板支护技术,制定严格的顶板支护规章制度,把关煤矿井下顶板支护质量。例如采掘工作面采掘工作结束后或者达到使用期限八个月后,则需要进行必要的相关的检修工作,检测各项支护技术合格后才可继续交付使用,降低顶板事故发生概率。政府需要加大对煤矿开采支架投资力度,给予中小煤矿企业一定的财政补贴,鼓励中小煤矿开采企业积极运用新型支护材料,摒弃传统的木头支护方式,引入新设备。推动我国煤矿井下顶板支护技术的改革与发展。
  3.1 煤矿井下顶板基本支护技术发展
  基本支护经过三个发展阶段:木材支架、石材支架与型钢支架。木材支架为传统的顶板支架形式,适宜地下作业环境较广,架设方便等优点,但是其缺点是木支架容易断裂,容易发生坍塌,着火点低,容易遭受腐蚀,且日后维护费用较高等诸多缺点。不适宜促进我国煤炭开采业支护技术水平的提升。石材支架,顾名思义,是由砂浆与石材一同砌制而成的连续型支架,此种支架的优点是取材范围广,可以形成连续支架,但是缺点是,石材支架的强度较差,不利于长期使用,日后检查维护费用成本高等。第三种型钢支架则是比较先进的基本支护技术。型钢支架分为N型钢与工字钢两种。支护型钢常常被用于巷道井下顶板支护。巷道在顶板事故发生作业环境中所占比例较大,我们需要注重对巷道顶板的支护。选用韧性较好的支护型钢,确保型钢具备足够的抗压性、抗剪性,以及抗拉伸性,具备石材支架的优点同时,又可以弥补木头支架与石材支架的缺点。由于煤矿井下作业环境非常恶劣,支架的使用条件非常复杂,在巷道中的顶板支架承担横向负载与纵向推动力,只有选用性能较高的支护型钢材料,才能承载起相应的负荷,并处于最佳状态,为井下作业人员创设较为安全的作业环境。
  3.2 煤矿井下强化支护技术发展
  锚杆是支护系统中最主要的功能构件,抗压和抗弯能力较低,抗剪和抗拉能力较强,在进行煤矿顶板支护技术的研究时,锚杆支护具有抗剪能力与抗拉能力较强的优点。此种支护类型适用于规模较大且煤层顶板为较为稳定的岩层的环境中。我国煤矿开采市场较为杂乱,每年频发事故的多是一些中小型煤矿企业,加强煤矿开采的组织化成为我国煤矿行业的发展趋势。煤矿企业的优势会集中到一起,适宜进行规模较大的开采活动。锚杆支护方式成为顶板支护发展趋势之一。
  锚杆支护是将将由杆体、锚头及托板等组成的杆状结构物锚固在巷道围岩内,从而增强岩体的整体强度和实现应力的传递。根据使用环境不同,锚杆可以分为木锚杆、混凝土锚杆、金属锚杆等。不同作业环境下,锚杆锚固形式也需发生相应变化,可以分为机械式、摩擦式等。锚杆还有其他分类,其应用方式较为灵活。但是其具有抗压能力较低的缺点。我们需要积极探索更加先进的锚杆材质,弥补其不足。
  4、 结语
  根据煤矿资源所在位置,首先对矿区范围内的地质结构进行详细调研与分析,了解煤矿井下顶板的地质层次,含水性,生长年限,岩层厚度等诸多信息,并且在煤矿采掘图上细致标注。根据顶板特点,选用适宜的顶板支护方式。笔者认为需要顶板支护工艺固然十分重要,可是顶板事故是煤矿开采过程中不可避免的事情,可以针对顶板的变动,设计相关顶板实时动态监测电子系统,实时了解顶板状态,在发生事故之前及时进行支护维修或者及时将撤回井下作业人员,做足预防工作,将事故造成的损失降至最低。
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