＊康二愣

（柳林縣安全生產(chǎn)技術(shù)服務中心 山西 033300）

我國煤炭資源較為豐富，地表之下蘊藏了大量煤炭資源，所以為了促進國家的發(fā)展，需要積極開采煤炭資源，減緩各行業(yè)在能源方面的壓力。在實際作業(yè)期間，煤炭企業(yè)需構(gòu)建挖掘巷道，只有借助此方式才能將開采的煤炭資源有效傳輸?shù)降厣?。如今，我國煤炭資源的分布范圍較廣，不同地區(qū)的地質(zhì)水文環(huán)境等不同，而多種地質(zhì)條件也為煤炭的開采作業(yè)帶來了難度。就目前煤礦開采情況分析，盡管我國煤炭資源非常充足，但由于前期消耗了大量資源，導致如今煤炭資源類型和地質(zhì)條件都更加復雜，這不但加大了煤礦開發(fā)難度，還使得掘進支護技術(shù)的運用也變成了影響煤礦開采工作的主要因素。在此背景下，為了更好地解決地質(zhì)問題，我國必須注重對煤礦采煤掘進支護技術(shù)的研究與運用。

1.復雜地質(zhì)條件下，煤礦開采的現(xiàn)狀

(1)基礎(chǔ)條件

如今，我國許多煤礦都位于老礦區(qū)，這些礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境隨著多年的發(fā)展變得越發(fā)復雜，不僅經(jīng)常出現(xiàn)大地壓，還有很多斷層情況，在很大程度上也削弱了礦區(qū)地質(zhì)條件的穩(wěn)定性，水文地質(zhì)也越發(fā)復雜，這不僅加大了作業(yè)人員的開采難度，還為開采作業(yè)帶來了很多安全隱患[1]。

(2)掘進技術(shù)

在煤礦開采的過程中，煤礦企業(yè)需解決以下問題。首先煤炭開采深度在不斷加大，頂板巖性會發(fā)生很大的改變，而起拱圍巖所受應力會進一步增加。其次在開展掘進施工作業(yè)時，因頂板煤層較為松軟，所以非常容易發(fā)生斷裂情況，這在一定程度上也加大了支護作業(yè)的難度，而作業(yè)人員只能使用前掘后修的方法。最后由于地質(zhì)條件十分復雜，所以很容易造成巷道斷層，在開采薄煤層的過程中對支護技術(shù)也有了更嚴格的要求。

2.復雜地質(zhì)條件下掘進支護技術(shù)的應用要點

(1)巷道的地質(zhì)情況、生產(chǎn)狀況

本文以某一礦區(qū)礦井為例，在1號井東運輸中巷斷層間接底板巖石施工的過程中，間接底板大多是含礫粉、砂質(zhì)泥巖，部分地段是厚度在10m左右的泥巖、炭質(zhì)泥巖，還有少數(shù)地段的厚度超過10m或少于2m，這些地段很容易破碎，穩(wěn)定性較差[2]。如表1所示為斷層煤頂、底板巖石物理等試驗成果。

表1 斷層下煤頂和底板巖石物理相關(guān)試驗成果表

結(jié)合巖石地下建筑技術(shù)規(guī)范，再依據(jù)礦山的具體情況可確定該斷層下的煤頂板、底板巖石的穩(wěn)定性很弱，因斷層遭受破壞，貼近斷層的巷道巖層也易出現(xiàn)裂隙或局部破碎等問題，這不僅造成巖石強度削弱，還影響了圍巖的穩(wěn)定性，所以才會發(fā)生巖石冒頂、底鼓等問題。

(2)巷道圍巖遇水膨脹因素、機理

①受底板泥巖礦物質(zhì)影響。巷道底板之所以膨脹性很強，主要在于底板泥巖含有很多膨脹性礦物質(zhì)，比如高嶺石與蒙脫石在被水浸濕后會出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，隨之水分子會流入晶胞層形成層間膨脹。在煤礦企業(yè)開挖巷道后，水溝中的積水也會導致鋁質(zhì)泥巖的強度下降，隨之其體積也會發(fā)生膨脹，再受到地應力與巖柱壓模的作用，底板巖層就會出現(xiàn)變形問題，隨后會向巷道方向發(fā)生擠壓，進而導致巷道底鼓程度加劇[3]。

②受高應力影響。很多軟弱巖層或破碎帶巖石都會受到高應力的影響，如若應力超出了巖層的最大強度，軟弱、塑性物質(zhì)就會沿其應力作用方向向臨空區(qū)進行擠壓，從而造成流動性破壞。由于巷道底層屬于軟弱碎泥巖，而頂部巖體強度要超過底板巖體，所以當遭受巖柱、地應力作用時，底板巖體會不斷擠壓巷道，進而出現(xiàn)底鼓問題。

③受開放式支護形式的影響。以往采用的是開放式底板支護形式，頂幫部錨桿使用的是樹脂螺紋鋼錨桿，在鋪設(shè)完鋼筋網(wǎng)后還噴涂了厚度在150mm的C30混凝土，結(jié)合巷道變形程度可發(fā)現(xiàn)在設(shè)置完錨索后，變形問題得到了一定的控制，但因幫部的支護強度有限，所以幫部也發(fā)生了一定形變，再加上底板未采取支護措施，這在很大程度上都會導致底板變形且無法采取有效措施進行控制。

3.在復雜地質(zhì)條件下，提高煤礦掘進支護效果的有關(guān)措施

(1)優(yōu)化掘進支護方案

針對不同地區(qū)的地質(zhì)條件，煤礦企業(yè)需設(shè)計不一樣的支護方案，在復雜地質(zhì)條件下，以往采用的巷道掘進支護方案已無法滿足掘進支護的實際需求，煤礦企業(yè)必須就支護方案進行全面優(yōu)化。在實際作業(yè)中，支護設(shè)計人員要先了解煤礦復雜的地質(zhì)條件，尤其是礦區(qū)三高一擾動情況，以往采用的剛性支護理念已無法滿足巷道掘進支護需求，而“先讓后抗”對策已成為企業(yè)巷道支護的首選。所以在明確深度巷道掘進支護方案的過程中，企業(yè)要意識到此點，如基于復雜地質(zhì)條件開展的掘進支護工作，企業(yè)設(shè)計的支護方案要額外加強支護體的耦合性，其中可采用U型鋼閉合環(huán)與錨網(wǎng)索支護相結(jié)合的方法，在剛開始支護的過程中，作業(yè)人員可借助錨網(wǎng)索進行支護，期間要為圍巖變形預留充足的時間，以便圍巖積聚的能量能得到良好的釋放。之后便可使用U型鋼閉合圈，使用卡纜將U型鋼各連接處有效連接，如若圍巖發(fā)生變形，閉合圈也會相應變化，這不僅能為圍巖的變形提供一定的空間，還能增強支護阻力，進而達到限變增阻的作用[4]。結(jié)合礦區(qū)不同的地質(zhì)條件，企業(yè)采用的掘進支護方法也不同。如巷道涌水量過大，在開展掘進支護作業(yè)時需使用疏堵水措施，在經(jīng)過斷層時采用的支護方法要結(jié)合斷層特點，再合理運用后退臥底法等方法開展作業(yè)。

(2)應用臨時支護技術(shù)

在煤礦掘進施工中，企業(yè)運用的綜掘機是借助設(shè)備自身的液壓系統(tǒng)進行工作的，設(shè)備是否穩(wěn)定主要取決于液壓系統(tǒng)，同時在應用實踐的過程中作業(yè)人員還要重視液壓系統(tǒng)停機、開機間的閉鎖裝置。據(jù)研究表明，在掘進施工作業(yè)中都是利用綜掘機的液壓鎖來實現(xiàn)臨時支護，該支護方法能確保掘進工作安全、穩(wěn)定地進行。

(3)掘進機選擇

煤礦采煤掘進工作中，掘進機是必不可少的機械設(shè)備之一，在實際作業(yè)中，施工人員還需要對開采地區(qū)的地質(zhì)情況進行監(jiān)測，從而選擇最為適合的掘進機，提升開采效率。從當前情況來看，掘進機選擇還需要充分考慮輸送機液壓、支架以及煤層條件等，只有選擇最為適合的掘進機，才能夠保證開采的順利進行。煤層分為4類，其中包括極薄、薄、中厚以及厚煤層，其中極薄煤層厚度不超過0.8m，截高也較小，此時可選擇使用爬底掘進機施工。針對薄煤層，最薄為0.8m，最厚為1.3m，截高不高于0.9m，掘進中可選擇使用騎槽式掘進機施工。中厚煤層最小厚度為1.3m，最大厚度為3.5m，針對此類煤層，可以選擇使用大功率采煤機施工。最后，針對厚煤層（3.5m以上），可選擇使用大采高綜采方式開展掘進施工。

4.技術(shù)方案

（1）落實巷道底鼓支護設(shè)計。依據(jù)巷道底鼓問題出現(xiàn)的原因，企業(yè)可使用鋪設(shè)隔水層的方法進行解決，在隔水層的作用下能防止底板的膨脹性礦物遇水膨脹，進而導致底鼓問題。同時企業(yè)還可強化地板巖層的強度，使用底角錨桿和加固巷道幫角等支護方法也能防止底鼓問題的出現(xiàn)。所以針對1號井巷道企業(yè)可使用補打幫部錨桿支護、鋪設(shè)隔網(wǎng)層防治水的對策來防治巷道底鼓問題，具體支護情況如圖1所示。

圖1 巷道底鼓支護圖（單位：mm）

（2）超前支護。在掘進施工的過程中，如若工作面遇到斷層破碎帶，為了確保施工作業(yè)與人員的安全，企業(yè)要采用專業(yè)的施工技術(shù)與策略，以便作業(yè)能順利通過斷層帶。結(jié)合斷層破碎帶的分布情況以及圍巖體破碎程度等，企業(yè)可應用超前管棚加圍巖體注漿相結(jié)合的超前支護技術(shù)。在布置管棚的過程中在相距斷層28m便可落實管棚超前支護，其中管棚半徑控制在31mm，間距為170mm，運用長短交錯的布置形式，對長管棚限制在30m，短管棚限制在25m。在完成管棚布置工作后，作業(yè)人員還要開展圍巖體注漿工作，不過在這一過程中作業(yè)人員要對圍巖體注漿量、壓力等進行合理控制，因為這些參數(shù)都會對注漿工作的效果產(chǎn)生極大的影響。通過注漿，原本松散破碎的圍巖體會膠結(jié)成一個整體，這樣圍巖體的穩(wěn)定性、強度等性能都可大幅提高[5]。

（3）后退臥底支護方法。在掘進施工作業(yè)中，為了提高作業(yè)的安全性并確保工程質(zhì)量不受到影響，在復雜地質(zhì)條件下，企業(yè)要采用科學、有效的方法進行支護處理。如若施工作業(yè)期間斷層落差在頂板間2.5m范圍內(nèi)，企業(yè)便可使用后退臥底支護策略，由掘進機保持后退狀態(tài)，以便臥底能不斷前進，這種后退、臥底的方法不僅能增強巷道局部的高度、穩(wěn)定性，還能滿足巷道支護的要求。而且在具體應用的過程中，企業(yè)還要確保煤礦頂板足夠完整，這樣煤礦開采、掘進作業(yè)的安全性都能得到保障。如圖2所示。

圖2 采用后退臥底支護方法的巷道掘進情況

（4）壁后充填注漿加固。為了防止受圍巖體表面不平整或者支護結(jié)構(gòu)不科學等因素的影響，而導致巷道局部應力集中或支護阻力不足，企業(yè)可采用圍巖體注漿以及壁后充填兩種形式進行作業(yè)。通過開展壁后充填工作，其可有效消除支護應力不均的問題，同時可將U29型鋼以及混凝土襯砌的承載能力大幅提高，而巷道的支護能力也能不斷加強。在實際作業(yè)中，作業(yè)人員需事先預埋注漿管，注漿管的間距要在1.5m，排距要在1.4m左右，外露出來的注漿口不得小于20mm。在完成二次支護作業(yè)后，企業(yè)便可借助管道進行注漿與壁后充填作業(yè)[6]。為了防止注漿管出現(xiàn)堵塞情況，在注漿施工前作業(yè)人員要使用鉆頭清孔，清孔深度要在1m左右，之后便可使用水玻璃漿液進行注漿，而為了提高注漿效果，注漿壓力要控制在2MPa左右。

（5）U型鋼臨時支護。如果斷層落差大，在受到摩擦擠壓后斷層區(qū)域的巖性破碎，此時就要采用臨時支護方法進行掘進支護。在此過程中，作業(yè)人員要使用U型鋼配合錨桿一同進行頂板圍巖支護，這樣圍巖錨桿區(qū)的整體性會大幅加強，見圖3。不過除了開展臨時支護作業(yè)外，企業(yè)還要利用錨桿索與其他措施相結(jié)合的方法來加固圍巖。

圖3 U型鋼

5.采煤掘進支護技術(shù)發(fā)展展望

當前，我國在煤礦采煤掘進支護技術(shù)上取得了較大的成就，但是，因煤礦開采環(huán)境較為復雜多變，在未來的發(fā)展中，其應用還需要進行深入研究。

首先，需要重點對井下巷道圍巖地質(zhì)力學環(huán)境進行全面監(jiān)測，并找到其分布的規(guī)律，從而更好地把握開采的環(huán)境，確保開采的安全性。

其次，還需要根據(jù)支護的實際需求，不斷開發(fā)研究新的支護材料以及構(gòu)件，滿足不同地質(zhì)的需求。同時，還需要積極開發(fā)加工高精度的設(shè)備，彌補支護構(gòu)件質(zhì)量的問題，全面提升支護技術(shù)。

第三，煤礦開采中，會遇到多種巷道類型，包括極軟、超深或者受到強烈采動影響的地質(zhì)，對煤礦開采造成了較大的難度，在未來的發(fā)展中，還需要積極創(chuàng)新支護技術(shù)，從而不斷攻克難關(guān)。

6.結(jié)束語

總之，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對煤炭資源有了更大的需求，在此背景下，我國煤炭行業(yè)也取得了快速的發(fā)展。煤炭作為一種不可再生資源，而我國開采煤炭歷史極為悠久，所以當下的很多礦區(qū)都屬于老礦區(qū)，隨著人們開采的深入，開發(fā)難度逐漸加大，所以在復雜地質(zhì)條件下，合理應用煤礦掘進支護技術(shù)就變得極為關(guān)鍵。