大倾斜煤层（煤层顶板坚硬）综掘工作面支护方式研究

摘要：大倾斜煤层开采一直是煤炭采矿技术研究的重要课题，特别是在煤层顶板坚硬的情况下，支护方式的选择直接关系到开采安全和生产效率。本文首先对急倾斜煤层的开采特点和难点进行分析，然后探讨了几种常见的支护方式，包括锚杆支护、锚索支护、联合支护等，并对每种支护方式的适用条件、支护效果及优缺点进行了详细阐述。最后，本文提出了在煤层顶板坚硬条件下，选择支护方式时应考虑的因素，以及支护方案设计的建议。本研究旨在为急倾斜煤层综掘工作面的支护提供理论依据和技术支持，确保开采过程的安全高效。

关键词：大倾斜煤层；煤层顶板坚硬；综掘工作面；支护方式

大倾斜煤层本文研究的是煤层倾角在30—45°的煤层，这类煤层的开采难度较大，特别是当煤层顶板坚硬时，支护问题更为突出。支护方式的选择直接关系到开采过程的安全性、生产效率和经济效益。因此，研究急倾斜煤层（煤层顶板坚硬）综掘工作面的支护方式具有重要意义。

一、大倾斜煤层开采特点与难点

（一）开采特点

大倾斜煤层开采具有显著特点。煤层倾角大，导致开采过程中重力作用明显，显著增加了支护的难度。同时，煤层顶板坚硬，顶板岩层的强度和稳定性较高，对支护提出了更高要求，需要采取更强有力的支护措施才能确保作业安全。此外，急倾斜煤层的开采条件往往较为复杂，包括地质构造多样、煤层厚度变化大等因素，这些复杂条件进一步加剧了支护的难度。因此，在开采急倾斜煤层时，需要综合考虑多种因素，确保支护方案的有效性和安全性。

（二）开采难点

大倾斜煤层的开采面临多重难点。煤层倾角大且顶板坚硬，导致支护方式的选择和支护参数的设计极为困难，支护难度显著增加。同时，开采过程中容易出现顶板冒落、煤壁片帮等安全隐患，对人员和设备的安全构成严重威胁。这些安全隐患不仅增加了开采的风险，还因频繁的安全检查和事故处理降低了生产效率。因此，急倾斜煤层的开采效率通常较低，严重影响了矿井的经济效益。这些难点需要综合考虑并采取有效措施加以解决。

二、大倾斜煤层（煤层顶板坚硬）综掘工作面常见的支护方式

（一）锚杆支护

锚杆支护作为一种常见的巷道支护方式，在大倾斜煤层综掘工作面中得到了广泛应用。其支护原理在于，通过锚杆将巷道围岩与支护结构紧密相连，形成一个整体结构，以此提升巷道的稳定性和承载能力。锚杆支护的支护效果主要受到锚杆的长度、直径、间距及其与围岩的粘结强度等因素的影响。在煤层顶板较为稳定、岩层强度较高的条件下，锚杆支护能够发挥出良好的支护效果。特别是在急倾斜煤层中，当顶板坚硬且完整性较好时，锚杆支护的支护效果尤为显著[1]。此外，锚杆支护还具有施工方便、成本低的优点。然而，其支护效果也会受到地质条件的制约，当煤层顶板存在软弱夹层或裂隙发育时，锚杆的支护效果可能会受到影响。

（二）锚索支护

锚索支护是一种先进的巷道支护技术，在大倾斜煤层综掘工作面中得到广泛应用。其支护原理是通过锚索将巷道围岩与深部稳定岩层相连接，构建成一个稳定的支护结构体，支护效果主要受锚索长度、直径、间距及其与围岩的粘结强度等因素决定。锚索支护在煤层顶板较为破碎、岩层强度较低或存在软弱夹层的条件下表现出色，尤其在大倾斜煤层中，当顶板虽坚硬但存在裂隙发育或软弱夹层时，能发挥良好的支护作用。该支护方式的优势在于支护强度高、适应性强，但相应地，其施工难度较大，成本较高，且需要依赖专业的施工设备和人员进行操作[2]。综合考虑这些因素，锚索支护在特定地质条件下的应用显得尤为重要。

（三）联合支护

联合支护是一种在大倾斜煤层综掘工作面中广泛应用的支护方法，它将两种或多种支护方式组合在一起，旨在发挥各自的优势，提升支护效果。该支护方法通过构建一个复合支护结构，显著增强了巷道的稳定性和承载能力。联合支护的支护效果主要取决于支护方式的配合方式、支护参数设计的合理性以及支护结构整体稳定性的保持。在煤层顶板复杂多变、岩层强度差异较大的条件下，联合支护展现出其独特的优势，尤其适用于大倾斜煤层中顶板坚硬但地质构造复杂或岩层强度差异显著的区域[3]。尽管联合支护能显著提高支护效果，但其施工难度较大，成本相对较高，且需要精确考虑各支护方式的协同作用及支护参数的优化配置，以确保支护结构的稳定性和可靠性。

三、支护方式的选择与支护方案设计

（一）支护方式的选择

在选择大倾斜煤层综掘工作面的支护方式时，需全面考虑地质条件、开采条件、支护材料性能以及经济因素。地质条件如煤层的倾角、厚度、顶底板岩性及强度等，直接影响支护方式的选择与参数设计；开采条件如开采方法、强度、巷道断面尺寸及支护材料供应等，则关乎支护方式的可行性与效果。同时，支护材料的强度、刚度、耐久性及施工性能，对支护结构的稳定性和使用寿命至关重要。最后，经济因素包括支护成本、施工费用及对生产效率和经济效益的影响，也是决定支护方式最终选择的关键。

（二）支护方案设计

支护方案的设计是确保巷道开采过程稳定性和安全性的关键环节。在确定了支护方式后，支护方案应遵循安全性、经济性、适应性和可维护性原则。首先，支护方案需确保巷道围岩的稳定性，支护结构的强度和刚度需满足压力要求，以预防顶板冒落、煤壁片帮等安全事故。其次，在确保安全的基础上，支护方案应追求经济性，选择性价比高的支护材料和设备，优化施工顺序和进度，提升支护效率和质量。同时，支护方案需适应煤层地质条件和开采条件的变化，及时调整以确保支护效果。最后，支护结构应便于检查和维修，保障长期使用过程中的稳定性和可靠性，实现可维护性。

四、案例

四川省川东一家煤矿，有一个顺煤层巷道，煤层倾角35°—45°，煤层底板石英砂岩（硬度系7-8），煤层底板泥质砂岩。该巷道为综掘工作面，机轨合一巷，巷道断面为宽4.5m*高3.3m，因顶板岩层坚硬，掘进时不破坏顶板，巷道采用异形断面，支护采用排距1.0米，间距0.8米，二排锚杆一排锚索（均加编织的锚网），锚杆长度2.5米，锚索6.3米，掘进中主要护顶煤和底板侧帮，在煤层底板处采用八字锚杆锁煤层和底帮，现已掘进200多米，效果可以。

五、结论

大倾斜煤层（煤层顶板坚硬）综掘工作面的支护方式选择是一个复杂而重要的问题。在选择支护方式时，应充分考虑地质条件、开采条件、支护材料的性能以及经济因素等因素。同时，支护方案的设计应遵循安全性、经济性、适应性和可维护性等原则。通过合理的支护方式选择和支护方案设计，可以确保急倾斜煤层综掘工作面的稳定性和安全性，提高开采效率和经济效益。

参考文献

[1]周忠国. 急倾斜煤层坚硬顶板水力致裂控制技术 [J]. 煤炭技术， 2020， 39 （05）： 133-135.

[2]孙闯，陈东旭，程耀辉，等. 急倾斜煤层坚硬顶板塌落规律及控制研究 [J]. 岩石力学与工程学报， 2019， 38 （08）： 1647-1658.

[3]李柱，雷照源，刘旭东，等. 急倾斜特厚煤层坚硬顶板协同致裂应用研究 [J]. 煤炭科学技术， 2016， 44 （S2）： 106-110.