煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的研究和應(yīng)用

王 華

（山西華實(shí)礦山設(shè)備有限公司，山西 太原 030024）

煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的研究和應(yīng)用

王 華

（山西華實(shí)礦山設(shè)備有限公司，山西 太原 030024）

我國煤礦開采有了新的發(fā)展趨勢，煤礦資源的利用越來越趨向于多元化和多樣化的發(fā)展趨勢，但是煤炭是不可再生資源，其開采量越來越少，并且從實(shí)際的情況上來看，煤炭資源的穩(wěn)定性較差，較為常見的是支護(hù)較為困難的軟巖巷道。文章針對煤礦巷道支護(hù)理論與設(shè)計方法等內(nèi)容進(jìn)行了分析，并對煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了闡述。

煤礦巷道；支護(hù)技術(shù)；煤礦開采；煤礦資源；能源開發(fā)

從目前的情況來看，我國在能源開發(fā)方面還有待完善，目前所運(yùn)用的能源大多都是屬于不可再生資源，而煤炭就是最主要的能源之一。在未來的幾十年當(dāng)中，煤炭在能源結(jié)構(gòu)中的地位還難以撼動。我國與其他國家有所不同，在能源開采方面并沒有限制太多，所以目前我國很多容易開采的煤礦資源已經(jīng)被開采，這就意味著需要在井下挖掘大量的巷道，這樣才會為煤炭的長期開采和挖掘給予一定的幫助，而巷道支護(hù)技術(shù)在該環(huán)節(jié)中將會承擔(dān)起非常關(guān)鍵的一個因素。

現(xiàn)如今在煤礦的開采和應(yīng)用中，錨桿支護(hù)技術(shù)應(yīng)用非常普遍，而在幾十年前，錨桿支護(hù)技術(shù)并沒有真正的應(yīng)用到煤礦開采中，只有少部分煤礦認(rèn)識到巷道設(shè)計的重要性，實(shí)際上將錨桿支護(hù)技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際的煤礦開采中，可以有效地提升煤礦的開采效率。但是要想真正地將這一技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際的煤礦開采中并不是一件容易的事情，近些年我國大多數(shù)煤礦存在煤礦巷道內(nèi)部條件較為復(fù)雜、軟巖巷道、深部巷道等情況，要想對這些巷道進(jìn)行支護(hù)有著一定的困難。

1 煤礦巷道支護(hù)理論與設(shè)計方法

1.1 巷道支護(hù)理論概述

煤礦巷道支護(hù)理論是煤礦支護(hù)理論的一個基礎(chǔ)性內(nèi)容，從古至今，人們始終沒有停止過對能源的開采和應(yīng)用，而煤礦巷道支護(hù)技術(shù)也已經(jīng)有了十幾種理論形式，其中較為常見的就是懸吊理論、加固理論、最大水平應(yīng)力理論等，其中懸吊理論主要就是應(yīng)用于軟圍巖巷道頂板錨桿技術(shù)，在實(shí)際的煤礦開采中，雖然這種巷道技術(shù)較為少見，應(yīng)用也不多，但是這種懸吊理論卻能夠更加直觀地為煤礦開采給予幫助。而加固理論則從宏觀的角度分析了煤礦巷道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，加固理論也具有自身的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)特征，一般情況下都是在被縱橫交錯的弱面切割的巖層中安裝錨桿，這樣可以提升煤礦內(nèi)部巷道的穩(wěn)定性。除此之外，最為常見的就是澳大利亞錨桿支護(hù)技術(shù)，該種技術(shù)在某種程度上可以克服水平應(yīng)力，避免巷道內(nèi)部出現(xiàn)變形、破裂等問題。但是澳大利亞錨桿支護(hù)技術(shù)也有著一定的應(yīng)用范圍，通常情況下更適用于巷道平行于最大水平應(yīng)用力，而其并不適用于垂直水平應(yīng)用力。

1.2 巷道支護(hù)設(shè)計方法

巷道支護(hù)設(shè)計的最終目標(biāo)就是調(diào)整支護(hù)形式和支護(hù)參數(shù)，這樣做能夠更好地提升支護(hù)強(qiáng)度，為保證巷道內(nèi)部安全奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。選擇科學(xué)有效的巷道支護(hù)方法可以更好地提升巷道內(nèi)部的安全性。據(jù)有效數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，巷道支護(hù)方法分為很多種，其中較為重要的有工程類比法、理論計算法、實(shí)測法和數(shù)值模擬法等，這些都是巷道支護(hù)設(shè)計方法中最為常見的方法之一。其中工程類比法主要就是根據(jù)參照現(xiàn)有的施工模式和巷道支護(hù)方法所涉及的一種巷道支護(hù)形式，而理論計算法是具有實(shí)踐性的一種方法，不僅可以更好地提升巷道內(nèi)部的安全性，還可以有效地發(fā)揮出巷道的穩(wěn)定性。理論計算法主要就是利用懸吊理論來進(jìn)行設(shè)計的，這一巷道支護(hù)設(shè)計方法更具有創(chuàng)新性。而組合梁和加固理論則更需要這些參數(shù)，只有明確現(xiàn)有的參數(shù)和計算模式，將實(shí)測法應(yīng)用到實(shí)際的巷道測量中，才會更好地發(fā)揮出實(shí)測法的自身價值，為煤礦巷道的支護(hù)技術(shù)提供一定的幫助。完善的煤礦巷道支護(hù)設(shè)計方案將會為煤礦的安全性給予更高的保障，在保證工作人員自身安全的情況下才能更好地實(shí)現(xiàn)煤礦的穩(wěn)定性發(fā)展。

2 煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

2.1 軟巖巷道支護(hù)特點(diǎn)

從科學(xué)的角度上來看，軟巖巷道主要就是指容易風(fēng)化、土質(zhì)黏結(jié)性差、土質(zhì)松軟、穩(wěn)定性差的巖石等，由于軟巖石巷道硬度較差，很容易受到外界環(huán)境和因素的影響，所以在對這類煤礦進(jìn)行巷道支護(hù)設(shè)計的時候應(yīng)該格外注意。如果需要用數(shù)據(jù)來判斷的話，通常就是松動圈厚度達(dá)到1.5m以上的被稱之為軟巖。從我國目前的地形上來看，軟巖的分布并沒有規(guī)律，很多地區(qū)都有軟巖分布，通常情況下成巖土層較為深厚并且年代久遠(yuǎn)，其巖層無論強(qiáng)度大小都被稱之為軟巖。軟巖的自身性質(zhì)也將會決定巷道的實(shí)際特點(diǎn)。不同程度的軟巖也應(yīng)該有著具體的劃分，并不是所有的軟巖都符合同一情況的巷道設(shè)置?？梢娷泿r巷道支護(hù)具有一定的要求和特點(diǎn)，只有站在正確的角度去分析和理解問題，才會更好地設(shè)置巷道內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)巷道支護(hù)體系的完善性奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。

2.2 軟巖巷道支護(hù)不合理問題分析

巷道支護(hù)不合理主要分為三種情況：一種是支護(hù)力度過強(qiáng)，這種支護(hù)形式將會導(dǎo)致支護(hù)超出了需求，也會造成支護(hù)經(jīng)費(fèi)的浪費(fèi)，這種情況一般較為少見；第二種剛好與這種支護(hù)情況相反，主要就是因?yàn)橹ёo(hù)不足而造成的巷道問題。有一些煤礦為了節(jié)省經(jīng)費(fèi)，在對巷道支護(hù)的時候存在用料不足的情況，這將會嚴(yán)重影響巷道內(nèi)部的構(gòu)造，嚴(yán)重的還會導(dǎo)致巷道出現(xiàn)變形，影響巷道的正常功能。有些時候這種情況還需要花費(fèi)大量的時間和經(jīng)費(fèi)來對其進(jìn)行維護(hù)和修理，產(chǎn)生事半功倍的效果。這種情況在一般的煤礦巷道設(shè)計中較為常見；另外一種情況就是巷道支護(hù)嚴(yán)重不合理，主要是因?yàn)樵O(shè)計與實(shí)際參數(shù)不符而導(dǎo)致的。

例如一條主要應(yīng)用于人員通行和運(yùn)料的巷道，其矩形斷面的寬度為3.8m，高度為3.2m。具體的支護(hù)方案是設(shè)置5根17*2000（mm）的螺紋鋼作為錨桿，其間距可以設(shè)置為900mm，然后再設(shè)置三根與頂板相同規(guī)格的螺紋鋼在兩幫，也是作為錨桿用途，其間距可以設(shè)置為1100mm，排間距為1700mm，梁子梯為12*6000（mm）。

上述支護(hù)存在著一些問題，其中主要問題就是兩幫存在內(nèi)擠情況，并且整體巷道呈現(xiàn)出一種下窄上寬的情況，這種倒梯形的設(shè)計并不會有助于煤礦的開采。與此同時還存在著上幫有掏空的情況。

針對上述問題，可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上圍巖強(qiáng)度較軟時，將會引發(fā)節(jié)理裂隙的發(fā)育，使得含黏土的礦物質(zhì)會干擾巷道的內(nèi)部環(huán)境。造成其內(nèi)部應(yīng)力疊加并且集中，對巷道內(nèi)部的穩(wěn)定性造成很大的影響。除此之外，圍巖不做封閉也會導(dǎo)致其長時間暴露于空氣當(dāng)中，容易出現(xiàn)風(fēng)化。其中影響巷道內(nèi)部環(huán)境的最主要原因就是支護(hù)參數(shù)不合理，在實(shí)際的設(shè)計過程中錨桿固定不足，支護(hù)強(qiáng)度與參數(shù)不符等，這些因素都將會造成煤礦巷道支護(hù)存在一定的問題。

2.3 軟巖巷道支護(hù)改善和優(yōu)化措施

上文當(dāng)中，主要講述了軟巖巷道以及軟巖巷道的支護(hù)技術(shù)等內(nèi)容，只有對其采用窺視孔進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)其兩幫松動圈達(dá)到4m厚的時候，底板松動圈厚度也應(yīng)該達(dá)到2m，這種軟巖巷道已經(jīng)屬于大松動軟巖巷道。其兩幫圍巖的荷載試驗(yàn)經(jīng)修訂后可以達(dá)到15Pa，已經(jīng)屬于軟巖。通過檢測可以發(fā)現(xiàn)，其內(nèi)部的開掘速率在7～19mm/d，這一變形速率會影響檢測點(diǎn)的變形量。上述幾種情況都是較為薄弱的環(huán)境，只有從根本上認(rèn)識到問題的關(guān)鍵所在，并且采用創(chuàng)新式的設(shè)計理念和設(shè)計方法，才會更好地提升巷道支護(hù)技術(shù)的完善性。而要想改善其問題，就應(yīng)該設(shè)計新的支護(hù)方案，應(yīng)該將頂板設(shè)置為6根25*2500（mm）的螺紋鋼來強(qiáng)化其拉力，通過加長樹脂錨固來進(jìn)一步的完善方案，為提升煤礦巷道的安全性奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

綜上所述，本文主要論述了煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的研究與應(yīng)用等內(nèi)容，通過分析可以發(fā)現(xiàn)，煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的研究是非常重要的，其不僅僅關(guān)系到煤礦巷道內(nèi)部的安全性和穩(wěn)定性，還關(guān)系到開采工作能否順利進(jìn)展。在實(shí)際的巷道設(shè)計中，人們一定要注重支護(hù)參數(shù)、支護(hù)效果的應(yīng)用，這樣才會更好地保障煤礦安全，為實(shí)現(xiàn)煤礦的長期穩(wěn)定發(fā)展奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]朱偉，王金龍，宗風(fēng)龍．錨帶網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)在大斷面切眼施工中的應(yīng)用[J]．煤礦現(xiàn)代化，2013，（9）.

[2]吉繼榆．葛泉礦復(fù)合厚煤層煤巷錨桿支護(hù)參數(shù)確定[J]．煤礦安全，2013，（4）.

[3]常江陽，張東峰．基于松動圈理論的破碎軟巖巷道支護(hù)研究與應(yīng)用[J]．礦業(yè)研究與開發(fā)，2014，（5）.

[4]李云，何玉熊，葉春，等．深部軟巖巷道錨注支護(hù)技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望[J]．煤礦安全，2012，（12）．

（責(zé)任編輯：秦遜玉）

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1009-2374（2017）07-0214-02

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.07.102

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