基于復(fù)雜地質(zhì)條件的煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)研究

李世操

摘 要：通過分析指出，煤礦開采在地質(zhì)方面的最大問題是：隨著開采水平向下延伸，地質(zhì)構(gòu)造將會更加復(fù)雜且頻遇斷層和水患等問題。針對這些情況，提出了錨網(wǎng)支護(hù)以及金屬拱形支架支護(hù)兩種方案，從監(jiān)測模型、技術(shù)層面以及安全層面對比，認(rèn)為采用錨網(wǎng)支護(hù)方案的整體優(yōu)勢更加確切。

關(guān)鍵詞：煤礦；掘進(jìn)；支護(hù)；復(fù)雜地質(zhì)條件

煤礦開采過程當(dāng)中，上下順槽支護(hù)形式多為木腿鋼梁或全鋼棚護(hù)，開采區(qū)域工作斷面以拱形以及梯形為主，棚距按照0.5m～1.0m標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制。工作面超前支護(hù)采取單體或配合方木的方式實(shí)現(xiàn)。在本地區(qū)綜采工作面開采技術(shù)不斷應(yīng)用與完善的背景之下，傳統(tǒng)意義上順槽所采取的棚子支護(hù)方案已出現(xiàn)大量的局限性（包括支護(hù)形式過于被動(dòng)，無法實(shí)現(xiàn)對工作面頂板的有效支護(hù)，礦用鋼梁支護(hù)斷面受到一定限制，不能滿足日益擴(kuò)大的設(shè)備及裝備要求以及掘進(jìn)期間大量鋼材的運(yùn)輸及回采巷道支架的回撤，不僅增加了作業(yè)量，而且嚴(yán)重制約掘進(jìn)和回采進(jìn)度，同時(shí)還為礦井輔助運(yùn)輸帶來沉重的負(fù)擔(dān)等等）。

1 工程實(shí)例

當(dāng)前，本煤礦共四個(gè)開采水平，其中正在掘進(jìn)、開采的三水平采掘深度為-620.0m。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查資料數(shù)據(jù)來看，隨著開采水平向下延伸，地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜且存在水患。從這一地域的地質(zhì)條件來看，錨網(wǎng)支護(hù)以及金屬拱形支架支護(hù)均有適用性。但在技術(shù)、安全等層面上有所不同，需要謹(jǐn)慎選擇。

2 掘進(jìn)巷道支護(hù)設(shè)計(jì)方案

（1）在以錨網(wǎng)支護(hù)作為巷道掘進(jìn)支護(hù)設(shè)計(jì)方案條件下：采用Φ22mm、長2.0m高強(qiáng)錨桿配合Φ16mm的鋼筋梯子梁鋼帶及金屬菱形網(wǎng)護(hù)頂；采用Φ20mm、長2.0m等強(qiáng)錨桿配合Φ10mm的鋼筋梯子梁鋼帶及塑編網(wǎng)護(hù)幫；施工排距在0.6m～1.0m之間。加強(qiáng)支護(hù)：采用Φ21.6mm、6.5m～9.5m長的錨索（錨索長度取決與煤層頂板到穩(wěn)定巖層之間的距離，要求錨索上部端頭布置在穩(wěn)定巖層300mm以上），雙趟或三趟布置支護(hù)頂板。巷幫煤質(zhì)較軟、斷面較高時(shí)，采用Φ17.8mm、4m長的錨索支護(hù)巷幫。

（2）在以金屬拱形支架支護(hù)作為巷道掘進(jìn)支護(hù)設(shè)計(jì)方案條件下：采用25U型或29U型開式金屬拱形支架配合木質(zhì)小板或水泥背板及塑編網(wǎng)進(jìn)行支護(hù)，支架與頂板及巷幫之間的空隙采用木料填充，施工棚距為600mm或800mm。

3 掘進(jìn)支護(hù)方案綜合分析

3.1 監(jiān)測模型的構(gòu)造

在兩種不同的掘進(jìn)巷道支護(hù)方案作用之下，對錨網(wǎng)支護(hù)巷道的監(jiān)測參數(shù)主要包括頂板離層監(jiān)測、巷道收斂變形速度（通過十字布點(diǎn)方式觀測以及錨桿拉拔實(shí)驗(yàn)這幾個(gè)方面；對金屬拱形支架巷道的監(jiān)測參數(shù)則主要通過十字布點(diǎn)的方式對巷道收斂變形情況進(jìn)行觀測。圖1所示為錨網(wǎng)支護(hù)方案與金屬拱形支架支護(hù)方案所對應(yīng)的變形速度示意圖。

所對應(yīng)的變形速度示意圖

根據(jù)圖1來看，錨網(wǎng)支護(hù)方案與金屬拱形支架支護(hù)方案的支護(hù)原理存在一定差異，對于錨網(wǎng)支護(hù)而言，支護(hù)巷道初期變形速度較金屬拱形支架支護(hù)方案更高。而對于金屬拱形支架支護(hù)而言，由于支護(hù)過程中頂板通過木料插背，初期木料發(fā)揮讓壓作用，前期階段該支護(hù)方案下支架受力作用力較小，變形速度相對比較緩慢。但在木料完全壓實(shí)后，金屬拱形支架支護(hù)方案下的變形速度會明顯高于錨網(wǎng)支護(hù)方案下的變形速度。

3.2 技術(shù)層面的分析

首先，針對復(fù)雜地質(zhì)條件而言，采用錨網(wǎng)支護(hù)能夠利于支護(hù)并對頂板起到良好的控制效果。與金屬拱形支架支護(hù)不同的是，錨網(wǎng)支護(hù)的整體優(yōu)勢更加突出，而金屬拱形支架支護(hù)則是一種被動(dòng)式的承載支護(hù)，無法起到主動(dòng)支護(hù)巷道圍巖的目的并且必須要在圍巖結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定量的變形后才能使金屬拱形支架的支護(hù)阻力發(fā)揮出來。但對于錨網(wǎng)支護(hù)而言，其對圍巖結(jié)構(gòu)具有主動(dòng)加載的能力，可以起到加固保護(hù)圍巖結(jié)構(gòu)的目的，提高巷道掘進(jìn)過程中圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性水平，同時(shí)對頂板支撐能力加以充分應(yīng)用，對防治頂板離層也有重要效果。

其次，在錨網(wǎng)支護(hù)方案的實(shí)施過程當(dāng)中，較少對工作面的作業(yè)產(chǎn)生影響。對于綜采工作面而言，順槽采用錨網(wǎng)支護(hù)。在工作面進(jìn)入回采階段時(shí)，僅需要提前解除錨桿螺母，然后將液壓支架前移進(jìn)行支護(hù)，基本不會對工作面進(jìn)入回采的時(shí)間產(chǎn)生影響。但對于金屬拱形支架支護(hù)方案而言，必須提前對順槽金屬拱形支架進(jìn)行回替，整個(gè)操作過程中涉及到了包括材料回收運(yùn)輸?shù)仍趦?nèi)的多個(gè)操作流程，部分情況下需要滯留等待，更為關(guān)鍵的是在綜采工作面中還涉及到了改打支柱的環(huán)節(jié)，直接影響了工作面的回采工作進(jìn)度。因此對比而言，錨網(wǎng)支護(hù)方案的優(yōu)勢更加突出。

3.3 安全層面的分析

首先，在復(fù)雜地質(zhì)條件下，應(yīng)用錨網(wǎng)支護(hù)的優(yōu)勢在于能夠快速且有效地預(yù)防工作面出現(xiàn)冒頂事故。同時(shí)，本工程中采用Φ22mm，長2.0m高強(qiáng)錨桿配合Φ16mm的鋼筋梯子梁鋼帶及金屬菱形網(wǎng)護(hù)頂，對頂板安全管理也有非常重要的價(jià)值。由于支護(hù)原理不同，對于金屬拱形支架支護(hù)方案而言，在被動(dòng)支護(hù)的條件下，采動(dòng)壓以及巖石結(jié)構(gòu)自重等因素都可能對頂板造成影響出現(xiàn)離層，甚至是部分巖塊游離的問題，發(fā)生頂板事故的可能性大，且對頂板管理有著非常不良的影響。

其次，在錨網(wǎng)支護(hù)方案下，采用Φ21.6mm、6.5m～9.5m長的錨索，雙趟或三趟布置支護(hù)頂板、采用Φ17.8mm、4m長的錨索支護(hù)巷幫，省去了金屬拱形支架支護(hù)工藝中過于繁雜的勞動(dòng)以及施工作業(yè)期間可能產(chǎn)生的危險(xiǎn)源。

最后，在錨網(wǎng)支護(hù)方案下，工作面回采過程當(dāng)中省去了回替拱形支架工序，減少了包括工作面支柱以及回柱在內(nèi)的工作環(huán)節(jié)，對作業(yè)環(huán)境以及作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度而言具有一定的改善價(jià)值，從根本上減少了金屬拱形支架支護(hù)期間潛在的安全隱患。

4 結(jié)束語

文章對在復(fù)雜地質(zhì)條件下煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的選用問題展開了分析探討，分別提出了錨網(wǎng)支護(hù)及金屬拱形支架支護(hù)兩種形式，并從監(jiān)測模型、技術(shù)層面以及安全層面展開對比分析，認(rèn)為采用錨網(wǎng)支護(hù)方案的整體優(yōu)勢更加確切。

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