煤矿综掘施工顶板控制方法研究

煤矿综掘施工顶板控制方法研究

郭凯

中煤昔阳能源有限责任公司白羊岭煤矿 山西省晋中市 030600

摘要：在煤矿开采的过程中，包含诸多环节，其中任何一个环节的失误都可能触发安全风险。面顶板事故作为其中一种常见的风险隐患，我们需要对其进行深入研究，全面掌握可能引发事故的各种因素，以便在面顶板管理工作中做出针对性的措施，降低安全事故的发生概率。只有这样，我们才能真正规避安全隐患，为工作人员提供有力的保障。然而，令人遗憾的是，目前大部分工作人员对面顶板的管理问题并未给予足够的重视。因此，对现有面顶板管理措施的优化显得尤为必要。

关键词：煤矿综掘；施工顶板；控制方法

引言

在我国当前的煤矿生产环境中，保障生产安全是首要任务，这就需要对各类常见安全风险因素进行规避，从而有效降低安全事故的发生概率。在煤矿综采工作面的生产作业过程中，顶板事故是其中一种较为常见的威胁因素。当顶板发生下沉、塌落或断裂等事故时，不仅会影响煤矿综采工作面的正常生产秩序，还可能引发严重的人员伤亡。因此，我们必须采取适宜且合理的策略，对顶板事故进行优化防治。

1煤矿综掘施工背景和意义

煤矿综掘施工作为一项重要的工程项目，对于提高矿井生产效率和保障矿工安全具有重要的意义。随着煤矿产量的不断增加和采掘深度的加大，煤矿综掘施工面临着更加复杂和严峻的挑战。矿井的顶板控制对矿工的安全以及矿井的正常生产起着至关重要的作用。因此，煤矿综掘施工中的顶板控制方法研究具有重要的理论意义和实际应用价值。

2综掘施工顶板控制方法概述

2.1传统的顶板控制方法

传统的顶板控制方法通常包括预支法、支护法和注浆法等。预支法是通过探槽预支顶板来减少冒顶的风险，可以减轻煤矿综掘施工中的顶板变形和破裂现象。支护法是在顶板下安装支护设备，如钢架和预制拱架等，来支撑顶板，减少顶板的变形和破裂。注浆法是通过注浆材料填充煤层裂缝和空隙，增强煤层的强度和稳定性，从而减少顶板的变形和破裂。然而，传统的顶板控制方法存在一些问题。预支法需要提前开展钻孔和注浆作业，需要较长的准备时间，且在实际操作中存在技术难度较大、顶板下沉和探槽堵塞等问题。支护法需要大量的材料和设备，成本较高，且在复杂地质条件下难以实施。注浆法需要选用合适的注浆材料和注浆工艺，而且对煤层的物理特性有一定的要求。

2.2现有的先进顶板控制方法

为了提高煤矿综掘施工的效率和保障施工安全，研究者们提出了一些先进的顶板控制方法。这些方法包括综合支护方法、岩层控制方法和材料改性方法等。综合支护方法是结合预支法和支护法的优点，采用综合的支护措施来增加顶板的稳定性。例如，引入伞式顶板支架、交错支护等方式，通过改善支护结构和加强支护材料的使用来增加顶板的承载能力和稳定性。岩层控制方法是通过对岩层进行整体调控，改变岩层的物理力学性质，从而减缓顶板的变形和破裂。例如，利用岩石工程理论和技术手段，通过岩层控制方法来减小顶板的应力集中和变形。材料改性方法是通过改变煤层和顶板材料的特性，提高其强度、韧性和稳定性，从而减少顶板的变形和破裂。例如，利用聚合物改性、矿渣粉改性等方法来改善煤层和顶板的力学性能和稳定性。

3顶板控制方法研究

3.1实地调研

实地调研是本研究的重要环节之一，通过对煤矿综掘施工现场的实地调研，可以全面了解矿井工况和顶板控制方法的应用情况。实地调研主要包括以下内容：（1）矿井工程概况：了解矿井的地质特征、煤层厚度、顶板条件、矿井深度等情况，为后续的顶板控制方法研究提供必要的基础信息。（2）顶板控制方法应用情况：调研矿井中已经采用的顶板控制方法，包括传统的控制方法和创新的先进方法。详细了解这些方法的施工过程、效果和存在的问题，为后续的改进提供参考。（3）安全生产状况：调研矿井的安全生产状况，了解顶板事故的发生情况，分析事故原因，并对顶板控制方法的改进提出建议。

3.2实验室试验

实验室试验是对顶板控制方法的研究中不可或缺的环节，通过在实验室中模拟煤矿综掘施工过程，可以评估不同控制方法的效果和可行性。实验室试验主要包括以下内容：（1）试验样品制备：选择适当的煤矸石和岩石样品，根据矿井实际情况制备试验样品。样品应符合实际工程中的顶板条件，包括煤层厚度、岩性、岩体结构等。（2）试验设备和方法：选择适当的试验设备和方法，模拟煤矿综掘施工过程中的顶板变形和破坏情况。包括受力试验、岩石力学试验、数值模拟等方法。（3）数据采集和分析：对试验过程中的数据进行采集和分析，包括变形监测、应力分布、破坏机理等。通过对数据的分析，评估不同顶板控制方法的效果和可行性。实验室试验可以控制实验条件并进行反复试验，可以更加客观地评估不同控制方法的效果和可行性。通过实验室试验的研究，可以为后续的模型建立和数据模拟提供重要的支持。

3.3数据分析与模型建立

数据分析与模型建立是顶板控制方法研究的重要内容，通过对实验数据的分析和建立合适的数学模型，可以预测顶板的变形和破坏，并评估不同控制方法的效果。数据分析与模型建立主要包括以下步骤：（1）数据处理和分析：对实验数据进行处理，提取关键信息，并进行统计和分析。通过分析数据，可以揭示控制方法对顶板变形和破坏的影响规律。（2）模型选择和建立：根据实验数据和统计分析的结果，选择合适的数学模型，并进行参数估计和模型建立。常用的模型包括弹性力学模型、塑性力学模型、岩体结构模型等。（3）模型验证和评估：将建立的模型应用于实际工程中的顶板控制问题，并进行验证和评估。根据模型计算结果与实际情况的对比，评估不同控制方法的效果和可行性。数据分析与模型建立是本研究的重点工作之一，通过对实验数据的深入分析和合理模型的建立，可以揭示顶板控制方法的本质规律，为实际工程应用提供科学依据。同时，数据分析和模型建立还可以为煤矿综掘施工中的顶板控制问题提供新的解决方法和思路。

3.4适应不同场景的顶板控制方法

（1）煤层中顶板控制方法：根据煤层厚度、岩性、岩层结构等因素，选择合适的顶板控制方法。例如，在薄煤层中采用锚杆支护和喷射混凝土补强顶板的方法，可以有效地控制顶板的变形和破坏。（2）夹层地层中顶板控制方法：夹层地层中顶板的控制更加复杂，需要考虑夹层岩体的稳定性和相互作用。根据夹层地层的具体情况，选择合适的控制方法。例如，在夹层地层中采用层间钢梁和大直径锚杆支护的方法，可以防止夹层岩层的错动和滑移。（3）复杂条件下的顶板控制方法：煤矿综掘施工中常常遇到地质构造复杂、岩层变化剧烈等复杂条件，需要有针对性的顶板控制方法。例如，在断层带中采用切断断层和采用大直径钢管加固的方法，可以有效地控制断层对顶板的影响。

适应不同场景的顶板控制方法是本研究的一大创新点，通过对不同场景的实例分析，提出了灵活应用各种顶板控制方法的策略和方法，为煤矿综掘施工中的实际应用提供了有力的支持。通过合理选择和灵活应用顶板控制方法，可以提高施工效率，保障施工安全，并为煤矿综掘施工的持续发展做出贡献。

结语

综上所述，面顶板管理工作对煤矿开采挖掘的质量和施工人员的安全有巨大的影响，为了进一步优化煤矿综掘工作面的顶板管理工作，技术人员需要从各角度出发，进一步梳理优化管理的思路。只有如此，才能够让煤矿综掘工作面顶板的管理工作达到理想状态，推动煤矿开采挖掘工作的完善，降低安全事故的发生概率。

参考文献

[1]任建国.煤矿综采工作面顶板支护的安全管理[J].江西化工,2020(3):357-358.

[2]梁栋.煤矿综采工作面顶板支护的安全管理[J].当代化工研究,2020(19):30-31.