摘要：煤炭作為我國(guó)當(dāng)前主要的能源來源，其開采安全與效率的重要性逐日提升。然而，不穩(wěn)定的巖層、斷層密集區(qū)及高地應(yīng)力環(huán)境等復(fù)雜地質(zhì)條件，為煤礦的掘進(jìn)帶來了諸多困擾。采用先進(jìn)的掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)成為保障采礦作業(yè)安全的有力支撐。首先介紹了幾種復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤礦采煤掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)，并提出了合理選擇掘進(jìn)支護(hù)設(shè)備、施工工藝控制、落實(shí)安全措施的支護(hù)技術(shù)要點(diǎn)，旨在提高支護(hù)技術(shù)解決煤礦復(fù)雜地質(zhì)難題的有效性。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地質(zhì)條件煤礦采煤掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)技術(shù)要點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TD353;TD263.2

ResearchonExcavationSupportTechnologyofCoalMiningUnderComplexGeologicalConditions

KONGLei1SONGShitao2WEIBenliang3

1.HuanchengCoalMine，WeishanhuMining（Group）Co.，Ltd.，ShandongProvince，Ji’ning，ShandongProvince，277600China;2.YongshengCoalMine，ShandongWeishanhuMining（Group）Co.，Ltd.，Ji’ning，ShandongProvince，277600China;3JiningCoalMineSafetyMonitoringandControlCenter， Ji’ning，ShandongProvince，277600China

Abstract：CoaliscurrentlythemainsourceofenergyinChina，andtheimportanceofitsminingsafetyandefficiencyisincreasingdaybyday.However，complexgeologicalconditionssuchasunstablerockformation，denselyfaultedareaandhighgroundstressenvironment，havebroughtmanytroublestocoalmining.Theuseofadvancedexcavationsupporttechnologyhasbecomeapowerfulsupporttoensurethesafetyofminingoperations.Firstly，thepaperintroducesseveralkindsofcoalminingexcavationsupporttechnologyundercomplexgeologicalconditions，andthenputsforwardthekeypointsofsupporttechnologysuchasreasonableselectionofexcavationsupportequipment，constructionprocesscontrolandimplementationofsafetymeasures，inordertoimprovetheeffectivenessofsupporttechnologyinsolvingcomplexgeologicalproblemsincoalmines.

KeyWords：Complexgeologicalconditions;Coalmining;Excavationsupporttechnology;Technicalpoints

在煤礦資源的開采過程中，尤其在地下深處，不穩(wěn)定的巖層與頻繁的地質(zhì)活動(dòng)，使得采掘作業(yè)困難重重。復(fù)雜地質(zhì)條件下的支護(hù)技術(shù)作為保障煤礦安全生產(chǎn)的重要手段，是礦井工程技術(shù)進(jìn)步的集中體現(xiàn)，也是煤礦可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。

1復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤礦采煤掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)

1.1巖石錨桿支護(hù)

巖石錨桿支護(hù)技術(shù)主要通過鉆孔、插入錨桿并施加預(yù)應(yīng)力的方法，提升巷道圍巖的穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)系統(tǒng)時(shí)，依據(jù)《煤礦巷道錨桿支護(hù)技術(shù)規(guī)范》（GB∕T35056—2018）嚴(yán)格控制關(guān)鍵參數(shù)，包括錨桿的長(zhǎng)度、直徑、布置密度及預(yù)應(yīng)力的大小。以常見的高強(qiáng)度鋼制錨桿為例，其直徑通常為22mm，長(zhǎng)度從2～6m不等，采用扭剪型高強(qiáng)度錨桿，承載力可達(dá)210kN，既具有較高的抗拉強(qiáng)度，也有良好的抗剪能力[1]。錨固材料可采用環(huán)氧樹脂或聚酯樹脂，在錨桿與巖石之間形成牢固的黏結(jié)，樹脂的充填長(zhǎng)度通常為整個(gè)錨桿長(zhǎng)度的80%～100%，以確保全柱固結(jié)。安裝時(shí)通過液壓設(shè)備施加預(yù)應(yīng)力，控制大小在150～200kN之間。高預(yù)應(yīng)力錨桿系統(tǒng)在提升巷道圍巖穩(wěn)定性方面特別有效，如圖1所示。

錨桿支護(hù)通常采用如下幾種類型的錨桿系統(tǒng)。（1）扭剪型錨桿：具有一體化的錨固和錨桿功能，能在較短的安裝時(shí)間內(nèi)迅速提供巷道支護(hù)。（2）膨脹型錨桿：適用于比較破碎的巖層，通過錨桿體的機(jī)械膨脹與巖石形成摩擦錨固。（3）復(fù)合型錨桿：結(jié)合化學(xué)和機(jī)械錨固方式，提供更為強(qiáng)大的錨固力，適用于極端的地質(zhì)條件。此外，在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下如斷裂區(qū)或高地應(yīng)力區(qū)，傳統(tǒng)的錨桿支護(hù)往往無法單獨(dú)滿足安全需求，需要將高強(qiáng)度鋼絲網(wǎng)與噴射混凝土結(jié)合使用，進(jìn)一步提升巷道的整體穩(wěn)定性[2]。

1.2支架支護(hù)

支架支護(hù)技術(shù)通過在巷道中設(shè)置結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的支架系統(tǒng)，有效固定圍巖，從而保障巷道的結(jié)構(gòu)安全。根據(jù)支架的構(gòu)造和功能差異，支架支護(hù)主要包括框架式支架、壓桿式支架和履帶式支架?？蚣苁街Ъ芡ǔＳ蒕345鋼等高強(qiáng)度鋼制成，具有較高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。每個(gè)框架的重量約為150～200kg，能夠承受的最大垂直負(fù)載通常在500～800kN之間，特別適用于深部礦井和地應(yīng)力較高的環(huán)境。壓桿式支架采用的是可調(diào)節(jié)的液壓或機(jī)械裝置，使支撐力可以根據(jù)巖層條件進(jìn)行調(diào)整，其壓桿直徑通常在110～140mm，長(zhǎng)度可從2m調(diào)節(jié)至4m，壓桿的工作壓力達(dá)到300kN，最大擴(kuò)展力達(dá)500kN。履帶式支架設(shè)計(jì)用于在變化的地質(zhì)條件下提供移動(dòng)和靈活的支護(hù)。這種支架的移動(dòng)速度可達(dá)到每分鐘15～20m，支撐寬度從1.5～3.5m不等，高度可調(diào)節(jié)從2～4.5m。每個(gè)支架單元的承載能力約為1000kN，在較寬的工作面上提供穩(wěn)定的支撐[3]。

1.3混凝土噴射支護(hù)

噴射混凝土支護(hù)技術(shù)采用高速噴射混凝土至巷道圍巖表面，迅速實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的固化與密封。噴射混凝土的材料一般包括水泥、砂、碎石和必要的添加劑，這些成分根據(jù)所需的機(jī)械性能和固化時(shí)間進(jìn)行精確配比。在噴射混凝土支護(hù)技術(shù)中，混凝土的厚度在5～25cm之間，具體厚度根據(jù)圍巖的穩(wěn)定性和受力條件確定。為了增強(qiáng)支護(hù)層的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，常在混凝土中加入鋼纖維或聚丙烯纖維，纖維的添加比例一般為混凝土重量的0.5%～1.5%。使用的噴射機(jī)械根據(jù)作業(yè)的規(guī)模和環(huán)境條件，可選用手持式或車載式，控制噴射速度為20～30m/s。此外，施工過程中須控制空氣和混凝土的混合比例，將空氣壓力維持在0.4～0.6MPa。在特定的工程應(yīng)用中，如巷道存在嚴(yán)重的水問題或地壓活動(dòng)頻繁的區(qū)域，噴射混凝土的配方可加入硅烷類或丙烯酸類防水劑，通過調(diào)整水灰比（在0.35～0.45之間）來優(yōu)化混凝土的黏結(jié)性[4]。

1.4組合式支護(hù)

組合式支護(hù)技術(shù)融合了兩種或多種傳統(tǒng)支護(hù)方法的優(yōu)勢(shì)，綜合應(yīng)用錨桿、注漿、鋼支護(hù)及噴射混凝土等方法以達(dá)到最優(yōu)的支護(hù)效果，具體如下。

1.4.1錨桿加注漿

使用，兼具鉆孔桿和注漿管的功能的自鉆式注漿錨桿，在極度破碎的巖石中穩(wěn)定鉆孔并注入漿液。

1.4.2錨桿與鋼支護(hù)結(jié)合

適用于巷道頂部和兩側(cè)圍巖穩(wěn)定性差的情況。錨桿提供從內(nèi)部固化巖體的作用，而外部的鋼支護(hù)架提供物理支撐。鋼支護(hù)通常采用節(jié)距1.2m的鋼拱架，拱架的單元長(zhǎng)度通常為0.8～1.2m，能承受高達(dá)300kN的壓力。

1.4.3錨桿加噴射混凝土

適合圍巖相對(duì)完整但需要額外防護(hù)層的巷道。在安裝錨桿后，對(duì)巷道表面噴涂一層厚度為10～15cm的混凝土層。噴射混凝土的施工速度約為10m2/h。

1.4.4錨桿加注漿加鋼支護(hù)

為極端復(fù)雜的地質(zhì)條件設(shè)計(jì)，例如高地應(yīng)力環(huán)境或巷道周圍巖石強(qiáng)度非常低的情況。施工團(tuán)隊(duì)首先使用注漿固化裂縫和空洞，隨后安裝錨桿增強(qiáng)圍巖結(jié)構(gòu)，最后安裝鋼支護(hù)架以提供物理阻隔和支撐。

2復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)要點(diǎn)

2.1合理選擇掘進(jìn)支護(hù)設(shè)備

在煤礦掘進(jìn)工作中，選擇合適的支護(hù)設(shè)備是保證作業(yè)安全和效率的關(guān)鍵因素，要求施工團(tuán)隊(duì)分析巖石的硬度、抗壓強(qiáng)度、斷層位置及地下水情況等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)指導(dǎo)選擇適用于特定地質(zhì)條件的掘進(jìn)機(jī)械和支護(hù)系統(tǒng)。例如：硬巖環(huán)境需要高強(qiáng)度截齒和強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)力的設(shè)備，而在斷層頻發(fā)區(qū)則需設(shè)備具備高靈活性和更強(qiáng)的穩(wěn)定措施。

在選擇液壓支護(hù)系統(tǒng)時(shí)，施工團(tuán)隊(duì)需要評(píng)估支護(hù)設(shè)備的承載能力和適應(yīng)性，例如選擇能夠自動(dòng)調(diào)整支護(hù)力的液壓支架系統(tǒng)，這就需要根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的地壓變化自動(dòng)調(diào)整支撐力，從而適應(yīng)復(fù)雜且不斷變化的地質(zhì)條件。

2.2施工工藝控制

在煤礦復(fù)雜地質(zhì)條件下實(shí)施支護(hù)技術(shù)，施工團(tuán)隊(duì)采用精確的工藝控制步驟來保證支護(hù)的正確實(shí)施。對(duì)于錨桿支護(hù)，施工團(tuán)隊(duì)需使用輕型鉆車或手持鉆等鉆孔設(shè)備，保持鉆孔直徑通常為32～42mm，鉆孔深度依據(jù)工程設(shè)計(jì)可達(dá)數(shù)米。鉆孔的精度直接影響錨固的質(zhì)量。使用壓縮空氣或水清洗鉆孔，移除孔內(nèi)的松散物，確保錨固劑能有效黏合巖石和錨桿。將預(yù)制的錨桿插入清潔的孔中，將錨固劑（通常為水泥基或樹脂基）注入孔內(nèi)，填滿孔內(nèi)空間并環(huán)繞錨桿。在實(shí)施噴射混凝土支護(hù)時(shí)，施工團(tuán)隊(duì)要清理要噴涂的巖面，除去松散和不穩(wěn)定的巖石及灰塵。使用噴射機(jī)將混凝土均勻噴涂在巖面上，厚度一般為5～10cm，確保連續(xù)無縫覆蓋整個(gè)處理面[5]。噴射后的混凝土需要保持適當(dāng)濕度和溫度養(yǎng)護(hù)，一般養(yǎng)護(hù)期為7d。

3結(jié)論

復(fù)雜地質(zhì)條件下煤礦采煤掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)展現(xiàn)了工程實(shí)踐與科技創(chuàng)新的交匯。從錨桿支護(hù)到噴射混凝土，從架棚系統(tǒng)到綜合支護(hù)設(shè)備，每項(xiàng)技術(shù)均體現(xiàn)出對(duì)地質(zhì)難題的精確回應(yīng)。施工團(tuán)隊(duì)需嚴(yán)格執(zhí)行安全措施，形成從預(yù)防到響應(yīng)的全方位安全管理體系。

參考文獻(xiàn)

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