煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的研究與應(yīng)用探析

丁憲濤

(山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)沁水鑫基煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048211)

引 言

煤炭行業(yè)是我國工業(yè)生產(chǎn)中熱力能源的主要來源，在中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中有著非常重要的作用。但是煤炭的開采是一種高危險(xiǎn)性的工作，所以在正常的煤炭開采過程中任何一項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，最首要考慮的因素應(yīng)該是保證煤礦運(yùn)營的安全，其次才是煤礦的開采效率。煤礦巷道是煤礦工作人員每天出行的通道，其支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用必須具有保證高質(zhì)量的安全性能。近年來，經(jīng)過經(jīng)驗(yàn)借鑒與多次的實(shí)踐總結(jié)，我國煤礦巷道支護(hù)技術(shù)有了很大進(jìn)展。但是不同的煤礦巷道支護(hù)技術(shù)，在應(yīng)用過程中仍然問題重重，相比于發(fā)達(dá)國家的煤礦巷道支護(hù)技術(shù)距離甚遠(yuǎn)。所以通過對(duì)現(xiàn)有的煤礦巷道支護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究分析，以幫助工作人員更好的在支護(hù)技術(shù)運(yùn)用過程選擇更合適的技術(shù)，對(duì)于保證煤礦的運(yùn)營安全有非常重要的意義。

1 煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的理論

1.1 聯(lián)合支護(hù)理論

聯(lián)合支護(hù)理論指的是在煤礦巷道支護(hù)過程中不僅有效的提高支護(hù)體的剛度，同時(shí)對(duì)巷道圍巖的變形進(jìn)行有效的控制，然后通過兩者的結(jié)合提高煤礦巷道的穩(wěn)定性。聯(lián)合支護(hù)理論經(jīng)常被用于比較難以操作的煤礦巷道支護(hù)應(yīng)用中，但是由于在長期的使用過程中，控制圍巖變形的效果越來越差，使得聯(lián)合支護(hù)理論達(dá)不到理想的支護(hù)效果，該理論在實(shí)際應(yīng)用過程中存在一定的局限性。

1.2 新奧法支護(hù)理論

新奧法支護(hù)理論采用的是錨噴支護(hù)，相比于聯(lián)合支護(hù)理論，其最大的優(yōu)點(diǎn)是能夠有效的控制圍巖的變形，大大的提升了圍巖的穩(wěn)定性，同時(shí)也有效的提高了圍巖的承受能力，在煤礦巷道二次支護(hù)的實(shí)施過程中，運(yùn)用該理論進(jìn)行巷道支護(hù)具有非常好的效果，近年來，該理論在煤礦行業(yè)的廣泛發(fā)展過程中得到了有效的運(yùn)用，并且一步步發(fā)展完善[1]。

1.3 圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論

圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論運(yùn)用的是錨桿支護(hù)技術(shù)，通過這種技術(shù)能夠全面改變圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，從而按照設(shè)計(jì)方向提高圍巖的承載能力，同時(shí)對(duì)于錨固區(qū)域具有強(qiáng)度強(qiáng)化的作用，被廣泛運(yùn)用于現(xiàn)代的煤礦巷道支護(hù)技術(shù)中。

2 煤礦巷道主要支護(hù)技術(shù)種類及其應(yīng)用分析

2.1 砌渣支護(hù)技術(shù)

在煤礦行業(yè)開采過程運(yùn)用最早的一項(xiàng)巷道支護(hù)技術(shù)就是砌渣支護(hù)技術(shù)，它的最主要特點(diǎn)是能夠運(yùn)用到位置特殊的煤礦巷道圍巖表面進(jìn)行巷道支護(hù)，維持巷道圍巖的穩(wěn)定性，一直被沿用至今。砌渣支護(hù)技術(shù)在煤礦巷道運(yùn)用過程中簡單、方便，但是其主要缺點(diǎn)是運(yùn)用的時(shí)候成本高效率低、工作量非常大，使得該技術(shù)的應(yīng)用具有一定的局限性[2]。

砌渣支護(hù)技術(shù)屬于支撐式支護(hù)技術(shù)的一種，由于其使用過程方便簡單，經(jīng)常被用于煤礦巷道中的加固作用。該技術(shù)按照混凝土澆筑方式的不同分為現(xiàn)澆混凝土和混凝土砌塊兩種方式。運(yùn)用這種方式作為煤礦巷道的支護(hù)技術(shù)時(shí)，需要注意到煤礦巷道巖層的穩(wěn)定性，只有在穩(wěn)定性好的煤礦巷道才能使用該技術(shù)發(fā)揮作用，如果看到巖層經(jīng)常發(fā)生改變，砌渣支護(hù)技術(shù)的支護(hù)作用非常有限，這也是限制其大規(guī)模廣泛使用的主要因素。

2.2 棚式支護(hù)技術(shù)

棚式支護(hù)技術(shù)與砌渣支護(hù)技術(shù)一樣，都是在煤礦開采過程中最早運(yùn)用的支護(hù)技術(shù)。而且長久以來一直在巷道支護(hù)方面發(fā)揮著重要的作用，屬于應(yīng)用比較廣泛的一種巷道支護(hù)技術(shù)。棚式支護(hù)技術(shù)在支護(hù)的過程中所用到的支護(hù)材料主要是金屬，所以在使用的過程中非常有利于制作和安裝，同時(shí)剛度還強(qiáng)，但是由于近年來煤炭的大量開采，使得煤礦巷道的深度不斷增加，煤礦周圍的地質(zhì)環(huán)境不斷的被改變，使得棚式支護(hù)技術(shù)在對(duì)圍巖的穩(wěn)定性控制方面不能發(fā)揮有效的作用，使得該項(xiàng)技術(shù)逐漸被錨桿支護(hù)技術(shù)所代替。

2.3 錨桿支護(hù)技術(shù)

錨桿支護(hù)技術(shù)又被稱為巖巷支護(hù)技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)是棚式支護(hù)技術(shù)，所以它具有棚式支護(hù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)相比于棚式支護(hù)技術(shù)它能夠有效的提高煤礦巷道的穩(wěn)定性，對(duì)煤礦巷道的變形具有很好的控制性能，可以通過對(duì)錨桿的科學(xué)設(shè)置，保證巖體的完整及穩(wěn)定性。煤礦巷道支護(hù)過程中，運(yùn)用錨桿支護(hù)技術(shù)可以綜合發(fā)揮起固拱和懸吊作用，從而提高煤礦巷道巖層的抗彎強(qiáng)度，有效的減少巖層層面的脫落，使用該項(xiàng)技術(shù)可謂優(yōu)點(diǎn)頗多。所以這種技術(shù)既繼承了棚式支護(hù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又彌補(bǔ)了棚式支護(hù)技術(shù)的缺點(diǎn)，屬于現(xiàn)代煤礦巷道支護(hù)技術(shù)中最優(yōu)化的技術(shù)[3]。

在應(yīng)用錨桿支護(hù)技術(shù)進(jìn)行煤礦巷道支護(hù)時(shí)，對(duì)于錨桿支護(hù)體系的設(shè)計(jì)要通過對(duì)煤礦巷道的實(shí)際情況進(jìn)行分析測量，按照相關(guān)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得最終設(shè)計(jì)的錨桿支護(hù)體系能夠適應(yīng)相應(yīng)煤礦巷道的實(shí)際使用情況，充分發(fā)揮其穩(wěn)定與防護(hù)性能。對(duì)于煤礦巷道的特殊部位，要根據(jù)特殊情況設(shè)計(jì)特殊的錨桿支護(hù)，也有效的防止煤礦巷道的巖層變形。

3 錨桿支護(hù)技術(shù)應(yīng)用分析

3.1 錨桿支護(hù)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

縱觀我國煤炭行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，隨著多年來我國工業(yè)對(duì)煤炭資源的大量使用，使得我國各地的煤礦企業(yè)的煤礦巷道挖掘深度已經(jīng)超過了1 000 m。對(duì)這種深度非常大的煤礦巷道進(jìn)行挖掘工作時(shí)，其地質(zhì)條件也非常復(fù)雜，礦井事故的發(fā)生非常頻繁。隨著國家大量投入資金對(duì)煤礦開采技術(shù)進(jìn)行不斷的改革與提升，將大量的煤礦巷道支護(hù)新技術(shù)與優(yōu)質(zhì)材料運(yùn)用到煤礦開采過程中，保障的煤礦巷道支護(hù)安全，降低了礦井安全事故的發(fā)生。目前在煤礦巷道支護(hù)技術(shù)運(yùn)用最廣泛的錨桿支護(hù)技術(shù)，從原來的穩(wěn)定巖層和靜壓巷道作用，通過不斷的技術(shù)提升已經(jīng)發(fā)展到對(duì)破碎巖層和動(dòng)壓巷道進(jìn)行進(jìn)行有效支護(hù)，其應(yīng)用范圍已經(jīng)非常廣泛，帶來的作用價(jià)值也非常明顯。從支護(hù)方式來看，錨桿支護(hù)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了運(yùn)用錨網(wǎng)帶及錨索進(jìn)行多種方式聯(lián)合支護(hù)，以不斷增強(qiáng)支護(hù)作用，為錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.2 錨桿支護(hù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)分析

錨桿支護(hù)技術(shù)具有支護(hù)強(qiáng)度大的特點(diǎn)，對(duì)于軟巖巷道中由于受到地下水影響形成的承載能力差的砂巖礦道的穩(wěn)定性與安全性具有很好的防護(hù)作用，有效的降低了圍巖變形。通過錨桿支護(hù)技術(shù)主要是改變圍巖及巷道頂部的應(yīng)用狀態(tài)和應(yīng)用強(qiáng)度。而對(duì)于圍巖及煤礦巷道頂部巨大的壓力，應(yīng)用錨桿支護(hù)技術(shù)可以使支護(hù)體的預(yù)應(yīng)力大幅增加，從而提升預(yù)應(yīng)力的抗壓能力，保證巷道的頂部不會(huì)受到重力影響而發(fā)生形變。同時(shí)運(yùn)用錨桿支護(hù)技術(shù)對(duì)煤礦巷道進(jìn)行支護(hù)，可以通過對(duì)巷道應(yīng)力的極值運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)進(jìn)行測量，從而有針對(duì)性的加大固體的預(yù)應(yīng)力設(shè)置，運(yùn)用組合支護(hù)方式避免二次支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用[4]。

3.3 錨桿支護(hù)技術(shù)的缺點(diǎn)分析

錨桿支護(hù)技術(shù)運(yùn)用到煤礦巷道支護(hù)過程中的主要缺點(diǎn)表現(xiàn)，一是目前指導(dǎo)煤礦巷道各參數(shù)的是工程比例法，其缺乏科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)輔助系統(tǒng)和巷道支護(hù)合理性評(píng)價(jià)系統(tǒng)來保障錨桿支護(hù)進(jìn)行作業(yè)。二是目前使用的支護(hù)材料大多是運(yùn)用螺距大、鎖緊力不高的全螺紋錨桿，在煤礦放炮以后由于受到震動(dòng)會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)螺桿松動(dòng)的情況，無法滿足煤礦巷道支護(hù)條件。

4 結(jié)語

實(shí)踐表明，錨桿支護(hù)在諸多領(lǐng)域有廣泛的運(yùn)用，已經(jīng)成為我國煤礦巷道首選的、安全高效的主要支護(hù)方式,顯著提高了巷道支護(hù)效果,有效的保證了采煤工作面的安全、快速推進(jìn),促進(jìn)了煤炭產(chǎn)量的大幅度增長。在未來的應(yīng)用中還應(yīng)該不斷的加以完善和改進(jìn)，使其更能符合現(xiàn)實(shí)要求，在更多的領(lǐng)域中發(fā)揮更加重要的作用。