孟憲富

摘 要：煤礦開采屬于高危行業(yè)，巷道掘進(jìn)工作同樣風(fēng)險很大。因此在工程施工時務(wù)必要采取有效的支護(hù)措施，以防止發(fā)生大面積的塌方事故合理選擇支護(hù)工藝對于確保巷道掘進(jìn)安全及井下工作面安全開采具有重要意義。加強(qiáng)井下巷道掘進(jìn)工作面支護(hù)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(diǎn)以及錨桿、礦用支護(hù)型鋼、可縮性支架的支護(hù)特點(diǎn)，并討論了煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)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(hù)工藝及支護(hù)效果，供類似礦山巷道支護(hù)參考。

關(guān)鍵詞：巷道掘進(jìn)；煤礦；頂板支護(hù)技術(shù)；方式

引言

煤礦巷道支護(hù)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(jìn)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(shí)際情況合理設(shè)計并實(shí)施。

1、煤層巷道施工特點(diǎn)

（1）煤層巷道需沿煤層或巖層進(jìn)行掘進(jìn)，在掘進(jìn)過程中，極有可能受到瓦斯突出威脅，故而在巷道掘進(jìn)工作中，需采取瓦斯突出預(yù)防措施，并進(jìn)行超前探水，消除巷道掘進(jìn)的積水隱患。（2）一般采用掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行巷道掘進(jìn)，考慮到巖層和煤層強(qiáng)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(jìn)行頂板支護(hù)，在選擇支護(hù)工藝時，還需考慮到地壓以及支護(hù)設(shè)備的實(shí)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(jìn)前，需根據(jù)礦山生產(chǎn)要求，準(zhǔn)確確定巷道走向及掘進(jìn)速度。

2、煤礦井下掘進(jìn)巷道的支護(hù)形式

2.1型鋼支護(hù)

礦井中采用型鋼支護(hù)時，所選用的型鋼必須符合支護(hù)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(hù)前，要對承載負(fù)荷能力進(jìn)行相應(yīng)的準(zhǔn)備工作。礦井所采用的支護(hù)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(fù)荷能力最大程度地相似。礦井所采用的支護(hù)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(jìn)行鎖緊與滑移處理工作時，無論任何礦井所用的支護(hù)型鋼，都要使其接觸面面積以及平穩(wěn)性達(dá)到與之相關(guān)的要求，以便于使受力情況達(dá)到最高的標(biāo)準(zhǔn)。

2.2預(yù)留煤柱

礦井預(yù)留煤柱支護(hù)從形式上講，屬于一種比較傳統(tǒng)的巷道支護(hù)形式，巷道上區(qū)段為運(yùn)輸平巷、下區(qū)段則為回風(fēng)平巷。此支護(hù)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(fēng)平巷將支撐壓力進(jìn)行提升時，避開實(shí)際峰值區(qū)域。從技術(shù)角度上講，預(yù)留煤柱支護(hù)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(fēng)、排水等方面產(chǎn)生較為有利的影響。然而，預(yù)留煤柱支護(hù)也會耗費(fèi)大量的人力、物力和財力，在無形中就會使巷道的維護(hù)成本不斷增加。這就需要在實(shí)際進(jìn)行支護(hù)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(hù)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(hù)適當(dāng)?shù)匾肫渲?，以保證井下作業(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(jìn)施工時，頂板支護(hù)會受到掘進(jìn)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(jìn)施工過程中，需要詳細(xì)分析地質(zhì)構(gòu)造特征，避免對掘進(jìn)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(hù)的配合下開展頂板206支護(hù)。相對于傳統(tǒng)支護(hù)方法而言，鉆爆法可滿足巷道掘進(jìn)施工質(zhì)量以及掘進(jìn)速度的要求，但在實(shí)際施工中若放藥量控制不當(dāng)或炮眼掌控不當(dāng)，極易影響錨網(wǎng)噴的支護(hù)質(zhì)量。

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

4.2強(qiáng)化支架強(qiáng)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(hù)方式的選擇過程中，需要確保選擇的支護(hù)結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)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(hù)體自身的強(qiáng)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(jìn)行釋壓，達(dá)到強(qiáng)化頂板支護(hù)效果的目的。

4.3完善設(shè)備與掘進(jìn)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(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、破巖能力強(qiáng)的施工技術(shù)。這種掘進(jìn)施工技術(shù)一般由懸臂式掘進(jìn)機(jī)、單體錨桿鉆機(jī)等設(shè)備組成，生產(chǎn)能力很強(qiáng)，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(dá)，也可以直接驅(qū)動裝載機(jī)構(gòu)，因?yàn)橐簤合到y(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(hù)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(jī)械化的操作；此外，在掘進(jìn)小斷面的施工中，應(yīng)使用鑿巖臺車，這樣可以進(jìn)行自動化的操作；在掘進(jìn)大斷面的施工中，可以使用綜掘機(jī)、TBM掘進(jìn)機(jī)等設(shè)備，這樣可以將掘進(jìn)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(hù)工藝改進(jìn)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(qiáng)烈、巷道圍巖變形量增大造成巷道變形嚴(yán)重等問題也逐漸顯露，所以就有必要對現(xiàn)有頂板支護(hù)工藝進(jìn)行改進(jìn)。某某二礦主要采用了以下幾種支護(hù)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(jìn)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(hù)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(hù)方式，最大限度地提高巷道圍巖的自支撐能力。④采準(zhǔn)巷道全部采用拱可縮性金屬支架支護(hù)；特別注重支護(hù)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(hù)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(hù)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(shí)現(xiàn)某某二礦煤巷掘進(jìn)速度不低于500m/月；巖巷掘進(jìn)速度不低于90m/月。

結(jié)束語

井下掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)是煤礦開采最為重要的環(huán)節(jié)，在實(shí)際工作中，需要選擇符合實(shí)際情況的支護(hù)技術(shù)，當(dāng)前我國使用最為廣泛的支護(hù)技術(shù)主要為支護(hù)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(diǎn)的研究和探討，以此來提高煤礦頂板支護(hù)技術(shù)的發(fā)展。

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