欧彦玉
（淮北矿业集团桃园煤矿，安徽宿州 234116）
摘要:本文掘进顶板事故的主要特点、巷道围岩松动圈的形成机理、超前支护的特点等，分析了煤矿掘进工作面顶板支护技术。
关键词:煤矿掘进工作面；顶板；超前支护
引言:煤矿普掘工作面的顶板支护中，运用超前支护（临时和前探支护），以对顶板形成初撑力。该环节很重要，对巷道的永久支护和服务年限都起着决定性的作用。根据物体受力平衡原理可知，物体在任何时刻都处于平衡状态（有动态平衡和静态平衡），而理想状态下的受力是六面的相对平衡，岩石的受力结构在受到外力破坏时则更复杂。因此，在掘进工作面，研究原岩石应力受破坏后立即给一个初撑力，使之保持平衡很必要。该理论也的确能支持巷道的有效支护。
1.掘进顶板事故的主要特点分析
煤矿掘进冒顶事故占总量的相当一部分。其主要特点为：①大多数都是岩块、煤块掉落或薄层岩层脱落所造成的，而极个别的为大范围冒顶事故。该事故通常是巷道上部有采空区、老巷、大煤柱或处于地质构造区域，或放炮崩倒多架棚子和临时支柱所造成的结果。②空顶作业冒顶事故占掘进冒顶事故的比例在85％左右。③因掘进头顶板悬露面积小，顶板在端面和巷道两侧受到原岩体的支承和约束，因此冒顶事故一般还无预兆。即使掘进时破坏了原岩体的平衡，但在建立新的平衡过程中并不能引起上覆岩层的大量移动、变形和破坏等，事故前也就无明显预兆。④事故在敲帮问顶时常会发生。有时新悬露的顶板有活石或伞檐，经多次处理不能落下，过一段时间突然掉落，进而造成了事故。
2.巷道围岩松动圈的形成机理
掘进面放炮后的围岩周边中形成了松动圈(即破裂松动区)，这是围岩固有的物理状态，实质上就是围岩被破坏后压力重新分布的现象。该松动圈从理论上可划分为：①小松动圈(0～0.4m)；②中松动圈(＞0.4m)；③大松动圈(＞1.5m)。而每一个松动圈又分为3个小区即：破碎区、裂隙区、和振动区(可忽略)。原岩受到开掘后(放炮后的瞬间)，其周围的应力开始重新分布，而新形成的小松动圈也在变化，即随着时间的变化而变化，若不迅速的给顶板一个初撑力维持岩石的原平衡状态，新形成的小松动圈会逐渐变成中松动圈，大松动圈，以至于发生完全垮落现象。
3.掘进端头临时支护的发展
以前掘进端头支护多采用木点柱，这对较好顶板的迎头还是比较适应的，当顶板条件较差时，就不易控制了。因为点柱支护面积较小，放炮后柱窝也很难扒到硬底，只能支在浮矸煤上，其稳定性差，且使得巷道空间缩小，这给打眼、调钻等作业都带来不便。同时，若用机械扒矸煤和架永久棚，都要拆掉支柱，增加工序。而在使用锚杆支护的巷道，用控制空顶距的办法来减少在空顶下作业的时间，这都不能从根本上解决空顶下作业的问题。因此，为杜绝空顶下作业，掘进端头临时支护形式也再不断的发展演变，目的就是有利于端头各工序的操作。
4.超前支护的特点
一般普掘工作面的超前支护形式大体有以下三种：一是打点柱戴木帽；二是在锚杆的坚固端头安设可以前移的前探铁管；三是在靠近工作面的棚梁上安设可以前移的前探铁管。这种普掘工作面支护，在放炮后至架设永久支护前，可对在工作面的工作人员起到安全保护作用，但却不能给工作面新裸露的顶板一个初撑力以阻止顶板的变化(即应力重新分布)。这段时间的顶板是处于一个空顶状态，而围岩在这段时间内平衡应力重新分布，松动圈也会逐渐扩大，过了该时间段再实施永久支护。无论采用哪支护，这都被动了，有效期会大打折扣，随后所带来的就是维护量的增大或冒顶的出现。
5.临时支护应适宜选择
在煤矿巷道梯形断面支护中,多以架棚支护和锚杆支护。而架棚巷道中,多推广吊钩式前探梁支护，每架棚巷道2根4m长工字钢，每个前探梁用3个凹形吊钩悬挂在棚梁下，梁间距1.2～1.5m。在打眼前，迎头支架要紧跟迎头，空顶距要小于棚距。放炮后要先修好被崩活打歪的棚子，然后将前探梁沿吊钩伸入空顶之内，处理伪顶的活石，用背顶木背紧，木楔打紧吊钩，装岩，架设永久棚子。
无腿棚前探梁架设方法：爆破后在棚下检查顶板，松开前探木楔，将前探梁推移到工作面，背好顶，用木楔打紧两架棚，装岩出渣，架设永久棚。
对锚杆支护巷道，可根据顶板破碎情况采用三种前探梁形式支护：①吊环滚轴式前探支护。它用于顶压不明显，围岩整体性较好的巷道。其利用挂在靠工作面前两根锚杆下端的悬臂梁实现超前支护。它由移动滑轮、前探梁和背顶木组成。前探梁和锚杆排数相同，而每根前探配备3个悬吊在锚杆尾部的吊环，其中2个是正常支护，1个是用于接力移梁。将吊环拧在锚杆上，前探梁串入吊环移动滑轮内。放炮后将梁向前推移，用背顶木把梁和顶板背紧。②吊环滑移式前探梁支护。它用于顶压较大、围岩较破碎的巷道。由10#槽钢制作的横梁、吊环与穿梁组成，其锚杆按排距和间距安装好，横梁安装在锚杆露出的尾部。横梁上装好吊环，穿梁穿过吊环，穿梁可在放炮后移穿到迎头，并用顶木和木楔背紧。③凹形托架前探梁支护。工作面顶板打三排锚杆，锚杆端部安装凹形托架，前探梁插入托架内即可。放炮前锚杆紧跟上，安装好前探支护；放炮后可站在锚杆下处理伪顶，松开楔子，将前探梁向前延伸，再用背顶木和木楔背紧钢梁与顶板空间，装岩出渣即可。
6.支护形式的改进
为提高支护质量和安全性，可在原有的基础上进行改进。放炮后由于所抛掷的岩石堆积情况及因素不同，一般顶板大致有两种形式：一种为拱型，一种为矩形(梯形、或不规则形)。可根据所施工巷道的设计断面的顶板类型尺寸，加工一个两端带有液压升降(或机械升降)装置的棚式超前支护(见图1)。放完炮后迅速给新裸露的顶板一个初撑力，这就维持了原始应力处于平衡状态，或有很少的变化，并保持了顶板原有的整体性和安全。待巷道中部的岩石出完(或有一定空间)再施工永久支护，同样给顶板一个初撑力，使顶板在整个循坏过程中无空顶时间，进而就不发生或微发生松动圈的扩散，有效提高了支护效果，延长了服务年限，减少了巷修工质量，大大提高了安全性。
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7.超前支护的技术管理
为切实做好超前支护，需要做好以下技术管理工作：①要把超前支护纳入掘进生产作业规程，明确使用方法、注意事项和具体要求。②要明确规定不上超前支护安检人员有权停止作业，并对责任者按“三违”论处。③超前支护的选择应符合实际，具有针对性，特别是断层区、破碎带的超前支护，需经总工程师批准，另探梁的强度和稳定性都要达到设计要求。④炮掘巷道的打眼爆破设计各种参数要考虑提高爆破效率，并要保护前探梁支护，防止放炮崩坏永久支架和前探梁支护。若前探梁变形需及时修理和更换。机掘面的前探梁伸到迎头的距离，以影响切割头工作为原则。⑤前探梁的支撑点是各种形式的永久支架，其棚子、锚杆等支架必须按作业规程的几何尺寸和质量标准安装、支设。而锚杆的锚固力必须达到50kN以上。对不能用前探梁代替永久支护，只要够架设一架永久支架的距离，都要架设永久支架，以保障安全。
结语:煤矿掘进工作面实行超前支护，是确保新挖掘巷道安全不变形的关键。对此，应根据现场实际情况，可在原有支护形式的基础上不断加以改进，以确保开掘的短时间内松动圈不扩展，减少永久性的压力，并能保障安全，且经济。
参考文献:
[1]韩爱文，等.超前预应力体系锚杆支护在巷道掘进中的防片帮应用[J].西部探矿工程，2011，5：170-172.