支护——防止煤矿发生冒顶事故的有效措施

煤矿冒顶事故一直是支护领域的研究热点和难点，中国煤炭科工集团在支护方面加大科技投入和技术攻关，取得了显著的成果，旨在避免煤矿发生冒顶事故，为煤矿安全高效开采护航!

煤是当代工业的粮食，这是20世纪初的一句名言。

我国是富煤国家，石油和天然气相对贫乏。为满足国家经济发展需要，煤炭行业自建国以来累计开采了超过600亿t煤炭，用满载煤炭的火车一列接一列，可以绕地球15圈。尤其是近十几年来一度竭尽全力，在科技能力与产能并不匹配的情况下开采了大量煤炭。近5年以来，我国经济发展进入新常态，煤炭在能源消费构成中的比重虽然有所下降，但仍保持在60%以上。

煤炭为国民经济发展做出了重要贡献，也有与其他行业相比的特殊性：

1. 煤炭产品质量的天赋性。一般加工业的工业生产过程，是通过科学技术使加工对象增值的过程，科学技术直接与产品质量和价格挂钩，煤炭产业却有很大不同。煤炭的产品质量是天然形成的，与开采时采用的技术手段先进程度无关，与安全投入的多少无关。因此不能像传统加工业那样通过改善工艺来提高产品附加值。同样，在一定的市场环境下，煤炭的价格主要取决于煤质，很少反映煤炭企业的技术、安全等成本投入。因此，在缺乏必要的监管时，有些煤矿为了扩大赢利空间，通过牺牲安全、资源回收率和破坏环境而取得低廉成本。

2. 煤炭资源赋存的非均布性。由于煤矿的工作环境是大自然中的地层，面临着水、瓦斯、构造、地温等各种天然条件的威胁，要想从自然界“获取”煤炭，就要首先克服这些复杂条件，而这一过程时常伴随着人员伤亡，导致煤炭行业成为高危行业。

支护，是煤矿安全、高效开采的保障。当支护失效时，冒顶事故发生。

采煤工作面的支护是开采的首要条件，依靠液压支架完成，液压支架“支得住、走得动”，这是综采系统的核心。

巷道的支护方面，已形成了以锚杆与锚索支护为主体支护，多种支护方式并存的巷道支护格局，解决了大量巷道支护难题，支撑了煤矿安全、高效生产。

煤矿冒顶事故一直是支护领域的研究热点和难点，中国煤炭科工集团在支护方面做了大量的科技投入和技术攻关，取得了显著的成果，旨在避免煤矿发生冒顶事故，为煤矿安全高效开采护航!

综采工作面支护与液压支架技术

中国煤炭科工集团王国法院士团队结合综采研究实践，建立了液压支架与围岩相互作用空间力学模型，构建了模拟顶板动压外载在液压支架复杂箱式结构体中的非线性传递函数。

▲综采工作面支护与液压支架技术理论体系框架

首次提出以液压支架支撑合力与顶板压力最佳耦合、内力最小和质量最小的多目标总体结构参数模糊聚类分析优化设计方法。

通过长期研究总结提出了液压支架与围岩耦合原理和基于液压支架与围岩耦合的三维动态优化设计方法，开发了动态优化设计软件，攻克了高端液压支架关键技术，使液压支架寿命由5 000次循环提高到50 000次循环。

经过30多年的自主研发，特别是近10a来的快速发展，已经研制了适应各种煤层条件的液压支架，提出了液压支架系列型谱和支护系统群组协同控制方法，建立了综采工作面支护与液压支架技术理论体系框架。

巷道支护　

中国煤炭科工集团康红普院士团队一直致力于巷道支护研究。巷道是井工煤矿开采的必要通道，畅通、稳定的巷道是煤矿安全、高效开采的保障。据不完全统计，我国国有煤矿每年新掘进的巷道总长达12 000 km，80%以上是煤巷与半煤岩巷，巷道工程规模巨大，对煤矿安全、产量与效益有显著的影响。因此，巷道支护理论与技术一直是煤矿岩层控制的核心研究内容之一。

随着井工煤矿开采深度、开采范围与开采强度增加，出现了越来越多的困难巷道，主要表现在：

1.我国煤矿开采深度逐年增加，最大开采深度已达到1 500m.深部巷道地应力高、采动影响强烈，围岩大变形、持续流变，冲击地压、煤与瓦斯突出等动力现象频发。

2.我国松软破碎岩层矿区分布很广，一方面，有些矿区岩层强度低、结构松散、胶结性差，遇水软化、膨胀，风化严重；另一方面，一些矿区断层、褶曲、陷落柱等地质构造多，围岩层理、节理、裂隙发育，围岩完整性、稳定性差.

3. 随着煤矿规模与产量的提高，采掘设备大型化、重型化，要求的巷道断面越来越大.此外，为了提高煤炭资源回收率，护巷煤柱尺寸不断减小，沿空掘巷、沿空留巷得到普遍应用。

中国煤炭科工集团煤炭科学研究总院北京建井研究分院于1974年开始研制试验树脂锚杆，并在1976年在淮南、鸡西、徐州等矿区进行了井下试验，取得较好效果。

1996年我国引进了澳大利亚锚杆支护技术，在邢台矿务局进行了现场演示。同时经过科研院所、大专院校和煤炭企业的联合攻关，取得一系列高水平的研究成果，开发出高强度树脂锚固螺纹钢锚杆支护系列材料与构件，小孔径树脂锚固预应力锚索，提出动态支护设计方法，研制出配套施工机具与矿压监测仪器，并成功解决了综放开采煤顶巷道、破碎围岩巷道等支护难题。

2005年以来，针对千米深井高应力巷道、强烈采动影响巷道、沿空巷道等复杂困难条件支护要求，中国煤炭科工集团康红普院士团队又开发出高预应力、高强度、高刚度锚杆支护技术。不仅重视锚杆支护强度，同时认识到锚杆支护刚度，特别是锚杆预应力的重要性。提出高强度、高刚度、高可靠性与低支护密度的“三高一低”的现代锚杆支护设计理念，在保证支护效果的前提下，提高了巷道掘进速度与工效。