探讨煤矿采煤工作面的合理支护设计

随着技术的不断进步，当前中小型煤矿的采煤工艺很多已经实现了机械化作业，采用机械采煤技术可以大大提高生产的安全性和作业的效率。采用机械采煤技术同样对工作面的支护提出了新的要求。由于机械作业的振动相对较大，要充分保障施工中机械作业的稳定性，就必须要对采煤区的相应位置进行支护。通常情况下，在进行工作面的支护时采取的是整体式液压支架系统来实现支护工作的。采取机械化的支护方式来与机械化的采煤方式相配套，可以更好地保障工作面的稳定工作。由于采煤过程中不同煤层顶板的厚度及其稳定性的差异，在进行具体支护方式的优选时也有一定的差异，同时还要结合现场的实际情况来进行综合分析，要充分保障工作面的安全稳定性就应当对其支护系统进行科学合理的设计。

1 中小型煤矿工作面液压支架的优选

在煤矿的采煤工作面运用液压支架实现支护，按照所使用的液压支架的形式不同可以将其大致分为三种类型，包括以支撑的形式实现支护的、通过掩护的形式实现支护以及通过支撑与掩护的有机结合来实现支护等。在进行液压支架的使用过程中，应当参照工作面所对应的煤层特征来进行具体分析，同时还要综合考虑煤层的顶板厚度、对应的压力大小以及所处的地址状况等因素，在进行详细分析研究后择优确定相应的液压支护

形式。

另一方面，在完成了液压支架的类型选取后，还要对其大小规格、工作阻力等进行比选，选出最适合的规格用于工作平台的支护。主要涉及到的工作包括分析考虑工作面的工作条件特征，由于不同类型的液压支架适用于不同的工作条件，例如对于那些煤层顶板较为完整压力较大并且巷道中瓦斯浓度相对比较高的工作面采用支撑式的液压支架更为适合；而对于压力相对较小，巷道中瓦斯浓度较低且煤层所处的工作面不是很宽时，应当优先采取掩护式的液压支架进行支护；兼具以上两者部分特性的工作面则可考虑采取支撑式与掩护式相结合的形式进行工作面的支护。在进行液压支护时，工作面阻力大小，要通过煤层顶板类型对压力进行分析，依据压力的大小选配适宜阻力值的液压支架，特别要注意在选配时必须保证液压支架可以承受的压力高于煤层具有的压力，这样才能确保支护的安全可靠性。在确定液压支架规格的大小时，要依据工作面煤层具有的厚度来进

行分析，由于液压支架的规格大小也有一定的限制，因而，在确定规格大小时不能超越了其限值的范围。

2 中小煤矿工作面巷道侧面支护设计

通过机械化作业在工作面进行开采时，机械设备在工作过程中会对巷道的两侧面产生较大的影响，特别是产生的振动作用极易造成巷道侧面产生滑坡情况，对采煤工作造成重大影响，因此要尽可能地防止由于振动对工作面造成的不利影响，这就需要在采煤作业还未开采的巷道侧面和振动产生影响较小巷道部位要预先采取支护，这样通过提前采取预防措施来保障采矿作业能够顺利进行，从而实现采矿作业的安全生产。我国在相关法律法规中也对煤矿巷道内作业的安全性要求进行了明确的规定，对于采煤工作面的全部出口，要求和巷道的连接处至少有二十米的距离，同时必须对这段区域采取加强支护的措施，以保证出入口的安全性。在开采工作面的工作部位，需要保证巷道的高度大于1.6m，在其余的部位要求巷道的高度为1.5m以上。同时必须配置专门的作业维护人员，在出现巷道顶柱断裂或是巷道产生变形时，应第一时间进行维护，当采煤工作面处于工作状态时应当依照生产的实际来对巷道的超前支护距离进行确定，通常而言，支护的距离一般是在20～30m的范围，在出现支护面压力较大或较复杂的作业环境时，原设置的支护不能满足工作要求则应将超前支护进行适当加大，支护距离的确定和现场的施工环境密不可分，要以此作为确定超前支护距离的重要依据。在进行巷道超前支护时常采用的形式主要有拱形金属支架式、梯形木棚式以及双向铰接顶梁式支护等。

在实施巷道的超前支护前，需在采煤工作面之前搭设替棚，搭建时应当与拱形金属支架及十字铰接顶梁紧密结合牢固，要求替棚的高度达到1.5m以上，长度控制在3～5m之间，必须确保作业人员有大于0.7m的侧行宽度。当实施巷道煤壁的支护且其在20m的范围之内时，应在拱形金属支架底部位置布置单排铰接顶梁，将其跟单体液压支柱一起进行支护。或者是通过在拱形金属支架下增设中柱，并将木头塞入中柱顶部跟拱形金属架的空隙内，必须要对木头采取可靠的加固措施，确保支柱的稳定性和可靠性。当采用梯形棚支护实施超前支护时，应对煤壁与支护结构的距离进行考虑，来确定对应的支护配套措施。在离煤壁10～20m的范围时，应采用单排铰接顶梁与单体液压支柱相互配合进行。而在煤壁与支护距离为10m范围之内时，应以梯形棚为基础，同时使用双排铰接顶梁以及单体液压支柱等进行综合支护。采用双向铰接顶梁式支护，因为十字顶梁存在相对较短的不足，在保证支护的安全性方面有一定的缺陷，并且十字顶梁存在过多

的铰接形式，在结构承受较大压力时容易出现脱焊开裂的问题，同时在运输时也不够方便。双向铰接顶梁式是以十字顶梁式为基础来进行改造的，对十字顶梁支护有了进一步的改进和完善，它的铰接点大大减少了，同时对铰接点布置的位置有了更科学的设计定位，较大地提升了铰接点承载压力的性能。在进行支护时，双向铰接顶梁顺着巷道的走向进行布置，保证了顶梁能够连续设置。需要沿着侧向展开时又能很好地跟通常的铰接顶梁可靠衔接，优化了双向铰接顶梁的工作性能。

3 特殊工作面应采取的措施

在实施采矿作业过程中，会有各种各样的顶板条件存在，而不同类型的顶板会对采矿工作面产生不同的影响效果，要保证采矿作业的顺利实施，就需要加强管理这些特殊工作面，这就要求为不同类型的顶板优选最为合适的支护，避免对工作面造成影响。

当开采过程中出现巷道顶板破碎问题，在对其采取支护加固时应采取掩护式支架形式，这主要是掩护式支架适合在顶板压力小并且顶板不完整的环境中使用。当需要支护破碎的顶板时，要考虑顶板的破碎程度然后有针对性地进行维护加固，例如可以将金属网片铺设在顶梁上对已经破碎的顶板进行防护。在中小煤矿顶板相对较硬时，可以通过采用适用于顶板较硬同时受到压力较大顶板的支撑式支护方式。在实践中，也可以依据顶板的具体硬度选择其它的支护方式。当开采中出现了煤壁片帮现象时，极易给开采工作面造成较大的影响，故而要对煤壁片帮开展有效地防治，避免其对工作面产生不利的影响。这就需要在进行液压支架的选择时多加注意，应当优先选用那些端面较小且支护强的，合理配备防片帮的相关设施。在实际生产中超前支护必须及时完成，这样可有效避免工作时出现煤壁片帮的现象。同时要最大限度地减小煤壁的暴露时间，对煤体也可进行适当的加固处理，从根源上阻断煤壁片帮现象的发生。

参考文献

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