趙以保

【摘? 要】近年來(lái)，復(fù)合支護(hù)技術(shù)煤炭綜掘中廣泛應(yīng)用，其克服了單一支護(hù)方法的弊端，在大斷面煤層開采中發(fā)揮著重要作用。敘述了復(fù)合支護(hù)技術(shù)及其必要性、煤層巷道支護(hù)原則和要求，并針對(duì)厚煤層掘進(jìn)中復(fù)合支護(hù)的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】復(fù)合支護(hù);厚煤層掘進(jìn);煤層巷道

引言

煤炭資源是重要的戰(zhàn)略物資，在厚煤層的掘進(jìn)過程中要對(duì)巷道進(jìn)行支護(hù)加固，為煤礦的連續(xù)開采和運(yùn)輸提供便利，同時(shí)煤層支護(hù)為安全生產(chǎn)提供保障。當(dāng)前復(fù)合支護(hù)技術(shù)在厚煤層的掘進(jìn)中應(yīng)用較多，其中金屬支架和錨網(wǎng)支護(hù)是兩種常用的復(fù)合支護(hù)形式，在具體的支護(hù)操作中，要注重鋼拱架支護(hù)操作和錨桿安裝流程，提高厚煤層復(fù)合支護(hù)的質(zhì)量。

1復(fù)合支護(hù)技術(shù)及其必要性

1.1復(fù)合支護(hù)技術(shù)

復(fù)合支護(hù)是煤礦開采中的專用名詞，相對(duì)于單一化的支護(hù)方式，復(fù)合支護(hù)將多種支護(hù)方法聯(lián)合應(yīng)用，有效滿足厚煤層開采的特殊要求。復(fù)合支護(hù)是指將錨桿支護(hù)、注漿支護(hù)、鋼材支護(hù)、拱架支護(hù)及混凝土支護(hù)等結(jié)合在一起，通過多種支護(hù)方法的配合使用提高煤層掘進(jìn)施工的安全性。

1.2復(fù)合支護(hù)技術(shù)必要性

復(fù)合支護(hù)技術(shù)是為了提高支護(hù)強(qiáng)度，適應(yīng)厚煤層開采需要，隨著煤層開采的深入，煤層巷道的承載壓力逐漸增大，從而造成開掘巷道受壓變形，甚至?xí)霈F(xiàn)巷道斷面受阻，從而威脅煤礦生產(chǎn)的安全性。單一化的支護(hù)方式采用工字鋼梯形支護(hù)、U型鋼半圓拱支護(hù)及錨網(wǎng)支護(hù)，這些單一化的支護(hù)方式無(wú)法滿足高承載力下的支護(hù)需求，當(dāng)前單一化的支護(hù)方式存在如下問題：（a）支護(hù)方式較為落后。例如在煤層中常用的工字鋼支護(hù)屬于被動(dòng)支護(hù)，其承壓性能較差，無(wú)法承載厚煤層的巷道壓力，從而造成巷道受壓冒頂，甚至引發(fā)瓦斯聚集;（b）支護(hù)強(qiáng)度不足。

2煤層巷道支護(hù)原則和要求

2.1巷道復(fù)合支護(hù)原則

對(duì)厚煤層的巷道支護(hù)，要做好頂板和兩幫的支護(hù)，同時(shí)要強(qiáng)化對(duì)底板的支護(hù)治理，避免出現(xiàn)底鼓的工程病害，充分發(fā)揮煤礦自身圍巖的承載能力，提升支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載力和地質(zhì)適應(yīng)性，保證煤層巷道靜動(dòng)壓的穩(wěn)定，防止出現(xiàn)支護(hù)結(jié)構(gòu)返修加固。通常而言巷道復(fù)合支護(hù)原則要秉承三個(gè)原則，即強(qiáng)化頂板控制，保證安全生產(chǎn);全斷面支護(hù)，強(qiáng)化底腳加固;高阻讓壓，改善圍巖受力結(jié)構(gòu)。

2.2巷道復(fù)合支護(hù)要求

巷道復(fù)合支護(hù)要滿足釋放高應(yīng)力的要求，復(fù)合支護(hù)要設(shè)計(jì)卸壓孔，預(yù)留圍巖收斂的變形量，同時(shí)復(fù)合支護(hù)要優(yōu)化圍巖的承載力，提升其承載強(qiáng)度，選擇完整的圍巖作為支護(hù)輔助，并利用錨桿和錨注配合支護(hù)進(jìn)行圍巖加固。合理設(shè)計(jì)支護(hù)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，注重巷道底鼓的控制，可采用長(zhǎng)錨桿和底板錨桿配合使用進(jìn)行頂層控制，以錨網(wǎng)和鋼梁組合支護(hù)提升巷道的整體穩(wěn)定性。在施工條件允許的前提下，可以采用高強(qiáng)度錨索支護(hù)配合U型鋼支架或錨網(wǎng)和工字鋼支架聯(lián)合支護(hù)方式進(jìn)行巷道加固。

3厚煤層中復(fù)合支護(hù)技術(shù)的選擇應(yīng)用

3.1厚煤層巷道復(fù)合支護(hù)機(jī)理分析

隨著煤層開采推進(jìn)，煤層巷道逐漸深入和加寬，巷道內(nèi)的圍巖應(yīng)力狀態(tài)由三維應(yīng)力逐漸變?yōu)槎S應(yīng)力，巷道內(nèi)最大應(yīng)力點(diǎn)是圍巖壁的切向應(yīng)力，而沿著巷道的徑向應(yīng)力則是最小的應(yīng)力，巷道周圍的徑向應(yīng)力為零，徑向應(yīng)力隨著圍巖內(nèi)部擴(kuò)展而逐漸增大。巷道圍巖應(yīng)力變成二維應(yīng)力之后，當(dāng)巷道的深度超過軟化臨界深度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)巷道圍巖破壞的現(xiàn)象，巷道避免的圍巖應(yīng)力承載最大，且最先發(fā)生破壞，而按照圍巖應(yīng)力分布可劃分為4個(gè)區(qū)域，即塑性流動(dòng)區(qū)域、塑性軟化區(qū)域、塑性硬化區(qū)域、彈性區(qū)域，后2個(gè)區(qū)域?qū)儆诓环€(wěn)定區(qū)域，需增加支護(hù)力才能維持承載應(yīng)力的平衡。

3.2金屬支架復(fù)合支護(hù)的設(shè)計(jì)

厚煤層巷道復(fù)合支護(hù)可以采用可壓縮金屬支架支護(hù)，尤其是對(duì)掘進(jìn)區(qū)域發(fā)生沖擊的地帶，可壓縮金屬支架能提升圍巖承載力，避免巷道出現(xiàn)冒頂或坍塌事故，保證煤層掘進(jìn)的安全性。通常可采用半圓形的拱頂斷面設(shè)計(jì)，對(duì)開采煤層進(jìn)行錨網(wǎng)索支護(hù)，同時(shí)采用工字鋼搭建拱形支護(hù)，這種拱形支架具有可壓縮功能，有效提升了抗側(cè)壓能力。為了進(jìn)一步提升支護(hù)效果，對(duì)支架腿扎角進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)工程模擬推算采用85°最佳，拱形支護(hù)的棚距為0.8 m，支架之間采用金屬連桿進(jìn)行對(duì)接，將巷道斷面進(jìn)行擴(kuò)展，從而提高了巷道的通風(fēng)性能和瓦斯排放能力。

3.3 錨網(wǎng)支護(hù)設(shè)計(jì)

當(dāng)煤層巷道開挖時(shí)，要對(duì)巷道應(yīng)力進(jìn)行模擬和調(diào)整，由于應(yīng)力集中區(qū)逐漸轉(zhuǎn)移到圍巖深部，圍巖應(yīng)力區(qū)域中的塑性軟化區(qū)應(yīng)力結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，能實(shí)現(xiàn)圍巖自身穩(wěn)定，而塑性流動(dòng)區(qū)則容易發(fā)生彈塑性變形，從而產(chǎn)生剪切變形，造成巷道結(jié)構(gòu)破壞，根據(jù)巷道支護(hù)工程經(jīng)驗(yàn)，塑性流動(dòng)區(qū)的厚度在1.5m左右，對(duì)該區(qū)域要進(jìn)行特殊的復(fù)合支護(hù)。錨網(wǎng)和錨桿復(fù)合支護(hù)設(shè)計(jì)要綜合考量錨桿類型、排間距、錨固力及底部錨桿下扎角度等，對(duì)厚煤層的塑性軟化區(qū)域要進(jìn)行強(qiáng)化加固，對(duì)錨網(wǎng)支護(hù)的組合拱起到懸吊作用，選用錨索作為加強(qiáng)支護(hù)。

4厚煤層掘進(jìn)中復(fù)合支護(hù)技術(shù)分析

4.1復(fù)合支護(hù)操作要領(lǐng)分析

復(fù)合支護(hù)的施工技術(shù)較為復(fù)雜，其施工操作要配合煤層掘進(jìn)，要在煤層開挖之前進(jìn)行施工設(shè)計(jì)，一般來(lái)說(shuō)，要在開挖之前對(duì)煤層壁的孔道進(jìn)行注水處理，通過使煤層產(chǎn)生膠結(jié)固化來(lái)提升圍巖的自身承載能力，在煤層壁注水的同時(shí)要及時(shí)進(jìn)行瓦斯的釋放，減少施工的危害源，提高施工安全性。錨桿應(yīng)穿過鋼帶和金屬網(wǎng)，當(dāng)錨桿進(jìn)入到巷道頂板后，將鋼帶和金屬網(wǎng)壓緊，并在連接孔進(jìn)行樹脂注入，保證錨桿和巷道頂板結(jié)合緊密，對(duì)樹脂藥卷的使用，要注意先使用凝膠速度快的凝膠，再使用凝膠速度慢的凝膠，保證凝膠混合均勻，嚴(yán)格控制攪拌時(shí)間為25s左右，待樹脂固錨劑發(fā)揮固定作用之后再開始緊固螺母。

4.2錨桿安裝流程

對(duì)于頂板錨桿的安裝，在安裝前要進(jìn)行圍巖處理，事先處理有危險(xiǎn)的巖石，并在圍巖拆除的位置進(jìn)行錨桿安裝，根據(jù)巷道圍巖的應(yīng)力狀況設(shè)計(jì)定眼位，并進(jìn)行鉆孔施工，鉆孔位置要垂直巷道頂板，鉆孔的深度避免出現(xiàn)過深或過淺的現(xiàn)象，鉆孔到設(shè)計(jì)深度之后，要進(jìn)行鉆孔的清理。對(duì)安裝在托板的錨桿，要事先將周圍的浮煤清理干凈，用錘子敲擊錨桿進(jìn)行加固，使其緊貼巖面以保證錨桿具有較大的初錨力，緊固后錨桿外露長(zhǎng)度要適中，盡量控制在20mm～30 mm之間的范圍內(nèi)，保證錨桿支護(hù)效果最大化。

4.3鋼拱架支護(hù)操作

在厚煤層掘進(jìn)支護(hù)應(yīng)用中，鋼拱架支護(hù)對(duì)軟破碎巖層支護(hù)有很有效的作用，尤其是在煤層掘進(jìn)早期，用鋼拱架配合混凝土噴射復(fù)合支護(hù)能提升鋼拱架的載荷力。通常而言，常用的鋼拱架包括U形鋼拱架、工字鋼拱、鋼筋格柵鋼拱架，工字型鋼拱架的應(yīng)用最廣泛，其剛度較大，承載能力較強(qiáng)，主體鋼拱架在安裝施工時(shí)，要先進(jìn)行立柱操作，后續(xù)操作上拱部分，現(xiàn)場(chǎng)采用螺栓連接，并進(jìn)行焊接，鋼拱架間距設(shè)計(jì)為0.6 m，由外向內(nèi)安裝。鋼拱架操作之后再配合混凝土澆筑施工，對(duì)巷道圍巖邊墻進(jìn)行混凝土澆筑，尤其是在立柱和鋼拱架連接柱進(jìn)行混凝土加固，設(shè)置5cm厚度的混凝土能有效加固，同時(shí)混凝土施工要根據(jù)巷道現(xiàn)場(chǎng)的狀況進(jìn)行控制，具體澆筑厚度和澆筑時(shí)間都需進(jìn)行模擬計(jì)算，最大限度保障支護(hù)效果。

5結(jié)束語(yǔ)

厚煤層地質(zhì)條件較為特殊，隨著開采煤層加厚，其自身圍巖的穩(wěn)定性相對(duì)較差，因此巷道支架的承載力較大，同時(shí)增加了煤層巷道交叉點(diǎn)的支護(hù)難度。在厚煤層巷道支護(hù)中，容易出現(xiàn)煤層斷裂、空隙發(fā)育的問題，一旦支護(hù)設(shè)備應(yīng)力改變，會(huì)造成次生裂縫的極度發(fā)育，煤層出現(xiàn)松軟易碎的工程難題，從而引發(fā)煤炭生產(chǎn)安全事故。復(fù)合支護(hù)將錨桿支護(hù)、注漿支護(hù)及鋼材支護(hù)等單一的支護(hù)方式同時(shí)應(yīng)用，滿足了厚煤層開采的需求，極大提高了煤礦開采的安全和高效性。

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