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摘要：近年来，我国对煤矿资源的需求不断增加，煤矿开采越来越多。掘进巷道的功能为满足工作面的运料工作，必须设计合理的生产系统才能满足长期使用的要求。本文根据某工作面的特点，确保支护安全的前提下，对生产系统进行了设计。
关键词：巷道；支护设计；生产系统
引言
煤矿开采是在岩层巷道中进行的，矿山压力异常时很容易引发安全事故。相较于其他事故，顶板事故发生的次数最多。经大量统计发现，掘进工作面发生顶板事故的概率要远高于其他地方。这是由于在掘进时，工作面前方的岩层具有不确定性，很难采取有效措施预防事故的发生。因此，对掘进工作面的支护显得十分重要，应通过顶板支护提高顶板强度，降低事故发生的可能性。
1煤矿掘进工作面控顶设计的重要性
煤矿顶板事故的死亡率在煤矿各种事故死亡率中的比重依然很大。煤矿顶板事故主要分为两种，即回采工作面顶板事故和巷道顶板事故。回采工作面顶板事故主要表现为冒顶事故，虽然随着科技的发展，无论是煤矿管理方面还是设备方面都取得了十分突出的成绩，综合机械化采煤已经在国内已经十分普及，这些进步尽管减少了回采工作面顶板灾害事故的发生，但对于顶板条件比较复杂的情况，顶板事故仍时有发生。所以合理的控制顶板防止顶板事故发生是实现煤矿安全生产的必然条件。合理的控顶设计和支架选型是预防煤矿顶板事故的重要手段，针对不同条件的顶板选择合理的支架是避免顶板事故实现煤矿安全生产的必然条件。
2煤矿掘进工作面控顶设计
2.1掘进工作面超前支护
对于一些赋存条件较好的煤层，在掘进时按照常规支护方式掘进工作面超前支护即可。作业时需考虑两方面内容：支护的速度及安全性、支护的经济性。支护的安全性要求支护性能满足巷道使用要求，具有较长时间的稳定性，减少冒顶事故的发生。具体指标就是支护所采用的杆件能发挥其作用，例如锚杆能有效地对岩层进行加固和锚固，锚杆或锚索的长度符合实际需要。如何保证支护质量是一个重要问题，这就需要对支护强度进行检验。检验的主要内容是支护的整体性及其强度。对于其整体性需通过巷道的顶底板移近量来反映，而对于其支护的刚度，则需要通过拉拔测试来检验。此外，对于巷道支护的稳定性，需要采用巷道支护质量实时在线监测技术。对于使用中的巷道，应经常进行检查，查看巷道表面有无锚杆损坏、裂缝出现及渗水情况的发生。
2.2液压支架工作阻力的确定
液压支架工作阻力是支架选型时各种参数中最重要的参数，若支架工作阻力偏低，在生产期间支架很容易抵抗不住来压时的重量，从而导致支架被压垮，造成安全事故。若支架工作阻力偏高，不但会导致支架的重量、体积的增大，造成没有必要的浪费，而且会使支架经常处于增阻状态，使支架不能正常工作，因此确定合适的支架阻力是十分重要的，需要采用多种手段来完成。确定支架工作阻力的方法有经验估算法、现场实测法、垮落带法、砌体梁结构分析法等常用方法。
2.3掘锚一体机机载临时支护
掘锚一体机由截割装置、临时支护托架、锚杆钻机（钻臂、升降平台）、转载机等组成。该临时支护方式为利用机组自带的临时支护托架，将网片、钢带托起接顶，在临时支护架下进行永久支护。工艺流程：工作面截割成型后，机组退至永久支护下—将网片、钢带放在临时支护托架上并固定—机组开至工作面—升托架接顶—在临时支护架下永久支护（人员站在机组上操作钻臂施工锚杆锚索）。
适用条件：适用于大断面巷道，机组自带临时支护装置，大幅缩短了临时支护时间，确保了临时支护安全可靠、快捷、高效。
2.4地质构造区加强支护
在地质构造比较复杂的区域进行掘进时，矿山压力通常会异常，很容易发生冒顶事故，这时需要采取一定的加强支护措施。在断层附近掘进时，考虑到断层附近的集中应力比较大，需要采用钻探法对断层进行勘探，待断层比较安全时，加强支护后方可继续掘进。对于一些地质构造，可通过地质勘探获得相关信息，而对于煤层厚度变化大、赋存不稳定的区域很难通过勘探获得相关信息。这就要求在通过煤层变化不稳定的区域时，注意煤层顶板的完整性，选择合适的方式进行掘进，既要有利于巷道成型，又要使巷道顶板尽量都是完整的岩石，以免发生冒顶事故。对于一些煤层顶板比较破碎的情况，需通过铺设金属网对顶板进行支护，防止碎石掉落引发安全事故。这就要求支护时根据顶板岩层的完整性选择合适的支护方式。现在很多巷道还采用双巷掘进的方式，这就要求在掘进时选择合适的煤柱宽度，确保煤柱能对煤层或岩层顶板起很好的支撑作用。煤柱宽度不仅影响巷道顶板的稳定性，还影响支护结构的选择方式。因此，在进行支护时要考虑到煤层顶板的应力分布情况，从而选择合适的支护结构，以保证掘进工作面的施工安全。
2.5液压支架工作阻力的确定
液压支架工作阻力是支架选型时各种参数中最重要的参数，若支架工作阻力偏低，在生产期间支架很容易抵抗不住来压时的重量，从而导致支架被压垮，造成安全事故。若支架工作阻力偏高，不但会导致支架的重量、体积的增大，造成没有必要的浪费，而且会使支架经常处于增阻状态，使支架不能正常工作，因此确定合适的支架阻力是十分重要的，需要采用多种手段来完成。确定支架工作阻力的方法有经验估算法、现场实测法、垮落带法、砌体梁结构分析法等常用方法。
2.6支护管理
为了保证工作面回采顺利进行，在工作面掘进完成后，需对支护进行有效管理。管理的主要内容是监测巷道的完整性及稳定性，对巷道定期维修和维护，并将巷道的管理数据记录在册。对于巷道的完整性，在管理时主要观测巷道的形状变化，具体观测指标是巷道的顶底板移近量、巷道的片帮程度及巷道表面的裂纹和裂缝发育情况等，这些指标和现象在管理时很容易获得和测量。对于巷道的稳定性，在管理时主要观测锚杆支护的有效性，具体的观测指标是锚杆的受力情况、锚杆的锚固高度等，这些指标需要采用特定的仪器才能观测到，比如顶板离层仪。由于掘进巷道一般比较长，为了提升巷道管理的有效性，需将巷道分为多段进行管理，每段分别指派1个责任人。责任人的主要任务是巡视巷道的实时情况，查看是否存在异常状况。此外，更新掘进支护的设备和工艺能有效提升工作面的支护水平。随着煤矿开采技术的发展，一些掘进设备和支护设备的性能也得到了显著提升。这就要求煤矿企业不断学习，解放思想，大力引进一些新的技术与理念，只有这样才能提升煤矿生产的效率和安全。矿井支护的本质是采用一些支护设施减小矿山压力对巷道的影响，保证煤炭开采安全进行。在进行矿压管理时，还需要借助一些先进的矿山压力监测设备。
结语
综上所述，工作面控顶设计最重要的就是确定工作面安全开采所需的支架工作阻力和初撑力。支架工作阻力合理可以保证顶板冒落时支架不会被瞬间压垮从而保证工作面的安全生产。合理的初撑力会阻止直接顶和老顶离层从而保证了工作面的安全生产。确定了工作面所需支架的相关参数后为更为安全，所以在选择支架型号时要选择各项参数都比理论计算出来的数值大的型号，这样安全系数就会提高，工作面生产才会更加安全。
参考文献：
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