煤礦井下巷道掘進頂板支護技術(shù)

孟憲富

摘 要：煤礦開采屬于高危行業(yè)，巷道掘進工作同樣風險很大。因此在工程施工時務(wù)必要采取有效的支護措施，以防止發(fā)生大面積的塌方事故合理選擇支護工藝對于確保巷道掘進安全及井下工作面安全開采具有重要意義。加強井下巷道掘進工作面支護對于確保工作面安全開采具有重要意義。分析了煤層巷道施工特點以及錨桿、礦用支護型鋼、可縮性支架的支護特點，并討論了煤礦井下巷道掘進頂板支護質(zhì)量的影響因素。在此基礎(chǔ)上，以陳家半溝煤礦為例，討論了該礦支護工藝及支護效果，供類似礦山巷道支護參考。

關(guān)鍵詞：巷道掘進；煤礦；頂板支護技術(shù)；方式

引言

煤礦巷道支護是一項系統(tǒng)性的工作，需要技術(shù)人員掌握全面系統(tǒng)的技術(shù)，需要先進設(shè)備和合理科學(xué)的施工措施，同時要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況合理設(shè)計并實施。

1、煤層巷道施工特點

（1）煤層巷道需沿煤層或巖層進行掘進，在掘進過程中，極有可能受到瓦斯突出威脅，故而在巷道掘進工作中，需采取瓦斯突出預(yù)防措施，并進行超前探水，消除巷道掘進的積水隱患。（2）一般采用掘進機進行巷道掘進，考慮到巖層和煤層強度，為確保巷道頂板穩(wěn)定性以及消除采場動壓帶來的影響，需進行頂板支護，在選擇支護工藝時，還需考慮到地壓以及支護設(shè)備的實際服務(wù)年限。（3）由于煤層褶皺起伏以及斷層的存在，在巷道掘進前，需根據(jù)礦山生產(chǎn)要求，準確確定巷道走向及掘進速度。

2、煤礦井下掘進巷道的支護形式

2.1型鋼支護

礦井中采用型鋼支護時，所選用的型鋼必須符合支護的基本要求，在功能上要具有較好的抗拉性、抗剪性、抗壓性與剛韌性（見圖1）。巷道中支架所要承受的力，來自于縱橫兩個不同方向，縱向的力即為推動力，橫向力即為荷載。因此，在采取支護前，要對承載負荷能力進行相應(yīng)的準備工作。礦井所采用的支護型鋼，其斷面的幾何參數(shù)在一定條件下可能受到來自于抗彎截面模量的影響，由此可見抗彎截面模量在此過程中的作用非常關(guān)鍵，不容忽視，由此決定了抗彎截面模量要保持與巷道支架承載負荷能力最大程度地相似。礦井所采用的支護型鋼會呈現(xiàn)出幾何形狀，而支架本身也會表現(xiàn)出其特有的性能。從本質(zhì)上講，前者對后者起著決定性的作用。因此，在進行鎖緊與滑移處理工作時，無論任何礦井所用的支護型鋼，都要使其接觸面面積以及平穩(wěn)性達到與之相關(guān)的要求，以便于使受力情況達到最高的標準。

2.2預(yù)留煤柱

礦井預(yù)留煤柱支護從形式上講，屬于一種比較傳統(tǒng)的巷道支護形式，巷道上區(qū)段為運輸平巷、下區(qū)段則為回風平巷。此支護形式要提前做好預(yù)留，使上下區(qū)段之間保持一定的寬度，使回風平巷將支撐壓力進行提升時，避開實際峰值區(qū)域。從技術(shù)角度上講，預(yù)留煤柱支護技術(shù)同其他技術(shù)相比，在應(yīng)用方式上相對比較簡單，也會對通風、排水等方面產(chǎn)生較為有利的影響。然而，預(yù)留煤柱支護也會耗費大量的人力、物力和財力，在無形中就會使巷道的維護成本不斷增加。這就需要在實際進行支護結(jié)構(gòu)建設(shè)中，一方面要保證預(yù)留煤柱的有效性，使其發(fā)揮支護作用，另一方面還要隨時觀察井下的變化情況，與多元施工技術(shù)相結(jié)合，精確計算出圍巖變形的周期數(shù)據(jù)，然后將錨桿支護適當?shù)匾肫渲校员ＷC井下作業(yè)的安全與質(zhì)量。

3、影響因素

（1）地質(zhì)構(gòu)造。在巷道掘進施工時，頂板支護會受到掘進工作面巖層的硬度、節(jié)理發(fā)育等諸多因素的影響。因此在巷道掘進施工過程中，需要詳細分析地質(zhì)構(gòu)造特征，避免對掘進速度以及施工質(zhì)量造成影響。（2）施工工藝。目前，鉆爆法是較常用的井下巷道施工方法，但需在錨噴支護的配合下開展頂板206支護。相對于傳統(tǒng)支護方法而言，鉆爆法可滿足巷道掘進施工質(zhì)量以及掘進速度的要求，但在實際施工中若放藥量控制不當或炮眼掌控不當，極易影響錨網(wǎng)噴的支護質(zhì)量。

4、頂板支護在煤礦井下巷道中的應(yīng)用

4.1巷道頂板的承載能力得到提升

在巷道掘進施工中需要首先將準備工作做好：井下巷道施工支護方式的選擇一定要根據(jù)巷道圍巖的力學(xué)性質(zhì)及實際的地質(zhì)構(gòu)造情況來進行，對于巷道施工中的一些重點區(qū)域，比如冒頂和掘進工作面等，需要首先將安全技術(shù)方案制定出來；頂板支護的施工設(shè)計工作一定要做好，選擇適合的頂板支護方式，同時完善好材料的尺寸及頂板支護方式等，對掘進作業(yè)的規(guī)程進行嚴格控制。

4.2強化支架強度

在初次挖掘井下巷道時，巷道容易出現(xiàn)位移和變形的問題。所以，在頂板支護方式的選擇過程中，需要確保選擇的支護結(jié)構(gòu)具有較強的剛性和柔性，這樣可以更好地緩解巷道的變形和位移問題，同時也利于保持巷道空間的完整性，防止日后出現(xiàn)大規(guī)模的返修。同時相互協(xié)調(diào)圍巖的釋壓和讓壓間的關(guān)系，這樣可以將巷道支護體自身的強度增加，讓圍巖的變形控制在允許的范圍之內(nèi)，圍巖要定期進行釋壓，達到強化頂板支護效果的目的。

4.3完善設(shè)備與掘進工藝

對于一些地質(zhì)構(gòu)造好、基礎(chǔ)條件好的巷道，在施工中應(yīng)選擇中心低、整機結(jié)構(gòu)緊湊、破巖能力強的施工技術(shù)。這種掘進施工技術(shù)一般由懸臂式掘進機、單體錨桿鉆機等設(shè)備組成，生產(chǎn)能力很強，同時也能較好的適應(yīng)生產(chǎn)需求。于此同時可以選擇使用液壓馬達，也可以直接驅(qū)動裝載機構(gòu)，因為液壓系統(tǒng)本身就加上了自動的加油設(shè)備，所以具有很高的穩(wěn)定性和可靠性。在投入設(shè)備方面，在巷道頂板支護過程中可以選擇使用錨索、錨網(wǎng)等具有可縮性的支架，同時在施工中配合使用機械化的操作；此外，在掘進小斷面的施工中，應(yīng)使用鑿巖臺車，這樣可以進行自動化的操作；在掘進大斷面的施工中，可以使用綜掘機、TBM掘進機等設(shè)備，這樣可以將掘進的速度和施工質(zhì)量提高，確保能一次成巷。

5、煤礦巷道頂板支護工藝改進方案

隨著某某二礦井下采掘巷道的延伸，由于埋藏深、地壓大、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、礦壓顯現(xiàn)強烈、巷道圍巖變形量增大造成巷道變形嚴重等問題也逐漸顯露，所以就有必要對現(xiàn)有頂板支護工藝進行改進。某某二礦主要采用了以下幾種支護方案：①在巷道設(shè)計與布置上，首先要求巷道有足夠的掘進斷面，允許巷道圍巖收；其次盡量避開壓力高峰區(qū)，布置在卸壓帶內(nèi)，使巷道圍巖壓力最小。②多采用封閉式、多層次支護系統(tǒng)，由不可壓縮充填材料-讓壓層-承載層構(gòu)成“三明治”型整體支架。③充分利用注漿加固法和錨-噴-支-網(wǎng)的聯(lián)合支護方式，最大限度地提高巷道圍巖的自支撐能力。④采準巷道全部采用拱可縮性金屬支架支護；特別注重支護架設(shè)質(zhì)量，同時還考慮提高型鋼質(zhì)量，加大型鋼重量，增大支護密度。最終保持了永久巷道的穩(wěn)定，減少了返修的次數(shù)，保證回采巷道安全生產(chǎn)，巖巷經(jīng)二次支護后，巷道收斂變形率控制在2%以內(nèi)，穩(wěn)定后巷道變形速度小于0.01mm/d；有效控制了煤巷變形，使巷道頂板下沉量不超過100mm，兩幫移近量小于200mm，斷面總的縮小率小于10%，穩(wěn)定后巷道變形速率小于0.05mm/d；實現(xiàn)某某二礦煤巷掘進速度不低于500m/月；巖巷掘進速度不低于90m/月。

結(jié)束語

井下掘進支護技術(shù)是煤礦開采最為重要的環(huán)節(jié)，在實際工作中，需要選擇符合實際情況的支護技術(shù)，當前我國使用最為廣泛的支護技術(shù)主要為支護型剛、可縮性支架和預(yù)留煤柱，需要對這方面的技術(shù)做重點的研究和探討，以此來提高煤礦頂板支護技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻：

[1]李仕牧.煤礦巷道掘進頂板支護技術(shù)[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟，2017（08）：54+66.

[2]馬遠.某煤礦井下掘進巷道支護技術(shù)分析[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2017，33（03）：245-246.

[3]葛曉成.煤礦井下巷道掘進頂板支護技術(shù)研究[J].煤，2017，26（03）：73-74.