淺論煤礦巷道支護過程中問題及對策

趙俊杰

(山西煤炭運銷集團馬家巖煤業有限公司，山西太原030303)

0 引言

目前，我國大多數煤炭開采工作基本以井工開采為主，為了創造開采條件，滿足煤礦開采、運輸及通風等的要求，就需要在地層中掘進出足夠的回采、運輸和通風巷道。因各個煤礦甚至同一煤礦的不同采區地質條件都各不相同，如果巷道掘進工藝及支護方式選擇不合理，在掘進過程中極易導致的巷道片幫、冒頂事故，從而造成嚴重的經濟損失甚至人員傷亡。所以，工程技術人員要高度重視掘進支護工程的質量，采取科學可行的策略，這樣才能保證煤礦開采工程的順利開展。

1 我國煤礦掘進支護過程中存在的問題

1.1 掘進支護的沿革

在煤礦開采行業中，巷道支護形式逐漸由被動支護，單一支護向主動支護、聯合支護方向發展。原來木棚、料石砌碹、工字鋼棚逐漸被淘汰，而在主動支護方面也有了較大的發展，從一開始的鋼絲繩漿錨桿、快硬水泥錨桿、管縫型錨桿，基本已被現在的樹脂錨桿支護，高強度錨索支護所代替，同時還出現了各種形式的聯合支護方式，比如錨網噴支護，錨網梁(鋼筋梯子梁)支護，錨網索支護等等，可以說，目前，80%的巷道支護方式采用了錨桿支護方式。但在施工過程中，這種主動支護方式也暴露出了諸多問題。針對這些問題，就要求煤炭企業工程技術人員在管理、裝備及支護方式選擇等方面加強控制，確保巷道支護強度達到設計和使用要求。

1.2 巷道支護相關問題

以馬家巖煤礦為例，該井田構造形態大致為一走向北西，向北東傾伏的單斜構造，地層傾角一般 5° ～14°，一般 10°左右。第一水平主采4 號煤，位于太原組頂部，賦煤區內屬穩定可采的厚煤層，煤厚7.00 ～8.47 m，平均7.78 m。結構中等，含夾石0 ～4 層。頂板為砂質泥巖、粉砂巖，局部為砂巖或炭質泥巖，底板為砂質泥巖或中砂巖。在礦井建設過程中巷道支護方面的主要有以下幾個方面:①為了縮短建井周期，提前產生效益，井底巷道盡可能設計在煤層中，而該礦4 號煤層厚度大，部分巷道(比如軌道大巷，軌道下山等)設置沿煤層底板掘進，頂煤厚度較大，錨桿支護錨固端在煤層中，無法錨固在穩定巖層內。②為了滿足巷道通風和運輸的需要，巷道斷面增大，而采區巷道多采用矩形斷面，巷道跨度最大達4.6 m，給支護方式的選擇帶來困難。③在施工過程中，操作工人的不規范操作，也會造成支護強度大大折扣，主要表現在錨桿、錨索間排距大，預緊力不足，外露長等。④施工機械化程度不高，雖然我國的煤礦巷道施工已經有了相當純熟的技術，但受多方面的限制，有些硐室或小斷面巷道在掘進過程中仍然采用打眼放炮的方式。造成巷道開掘后，爆破松動圈大，間接影響了錨桿支護的強度。再則，操作工人在安裝錨桿時，機械化程度低，多采用扳手預緊錨桿，相對勞動強度大，造成支護質量缺陷時有發生。

2 煤礦巷道支護過程的完善措施

煤礦掘進支護過程中各項工作都會在很大程度上影響整個煤礦開采過程的穩定性與安全性。相關技術人員必須要嚴格控制，確保煤炭支架建設過程的科學嚴謹性，監督施工人員在施工過程中嚴格按照操作規范進行。

2.1 巷道支護方式的選擇

雖然，錨桿支護方式已基本在煤礦普及，但選擇該種支護方式需滿足以下幾點要求:一是要有穩定的巖層且巖層整體性好，不破碎，易錨固。二是巷道涌水量少且涌水無腐蝕性。三是巖層層理不發育。所以根據現場經驗，在選擇支護方式時，需遵循以下幾點:①大型機電硐室，服務年限較長，防水要求高，宜采用混凝土或鋼筋混凝土支護，在涌水大的情況下，需在施工過程中，預留注漿管，以便于注漿堵水。②巷道過斷層破碎帶、巖石陷落柱，宜采用U 型鋼棚支護，以利于短掘短支。若巖石破碎嚴重，短掘短支無法控制碎巖冒落時，可利用化學材料注漿(比如固安特、羅克休等)加固破碎巖體后，再進行短掘短支。③在遇到老空巷道或采空區時，多采用錨噴+墻梁支護方式，錨噴支護多是對老空頂板進行控制，通常支護跨度要大于設計跨度2 m 以上，而墻梁支護主要是控制兩幫以及使巷道斷面符合設計要求，通常在梁頂鋪設500 mm 以上碎矸，作為緩沖層。④在滿足錨桿支護條件時，盡可能采用錨桿支護或錨噴、錨網噴等聯合支護。

支護方式的選擇，是解決巷道支護問題的首要步驟，支護方式選擇是否合理，直接影響巷道支護的效果，支護方式選擇不合理，必然會給支護過程中帶來種種問題，有些問題即使采取各種方法解決，也很難達到理想的效果，所以，在巷道設計過程中，工程技術人員要深入現場，多方面了解礦井的地質條件，才能在設計時選定符合現場實際的支護方式，否則，就會給后續施工帶來諸多問題。

2.2 厚煤層沿底掘進巷道支護完善措施

馬家巖煤礦開采的4 號煤層，煤層平均厚度7.78 m，采區巷道設計高度多為3.1 m，沿煤層底板掘進巷道留頂煤4.68 m，單單依靠錨桿支護無法深入穩定巖層，且有部分小斷面巷道采用炮掘，大大減弱了錨桿支護的可靠性，同時為了滿足通風需要，回風下山巷道斷面跨度達到4.6 m。在這種情況下，為了滿足巷道支護強度，采用增加錨索支護，主要做法如下:①巷道跨度小于等于4.2 m，錨索間排距按2 m×2 m 設置，巷道跨度大于4.2 m，錨索間排距按1.6 m×1.6 m 設置。②每掘進50 m，對巷道頂板圍巖進行窺視調查，已確定頂煤厚度，同時調整錨索長度，確保錨索錨固在穩定巖層中。③每隔50 m，安設頂板離層指示儀1 支，每隔100 m 設置表面位移觀測站，定期觀測巷道變形和頂板離層情況，以便檢查支護效果并為及時調整支護參數提供依據。④對于采用炮掘的巷道，采用分次爆破的方式掘進，特別是控制周邊眼的裝藥量，一般每眼裝藥量控制在50 ～150 g 左右，同時周邊眼開孔要在巷道輪廓線內200 ～250 mm，盡可能降低爆破對巷道周圍煤體的擾動，縮小爆破松動圈。

2.3 加強巷道支護操作管理

錨桿支護效果的優劣，在一定程度上取決于支護操作過程，比如預緊力不足會導致錨桿的擠壓加固效果減弱，無法形成擠壓加固拱;錨桿間排距過大，會造成錨桿之間存在支護盲區等，所以在現場管理中，采取以下措施確保錨桿支護強度:一是改進施工工藝，采用高扭矩錨桿鉆機安裝錨桿，同時對無法更換錨桿鉆機的施工隊要求配備風動力矩扳手，實現錨桿安裝機械化，降低工人勞動強度的同時，提高了施工質量;二是改進樹脂藥卷，原1 根錨桿采用1 支 ck2330 和1 支ck2360 藥卷錨固，經常導致錨桿未完全推入，藥卷已凝固，致使錨桿外露長，后經改進1 根錨桿采用1 支ck2330 和1 支k2360 藥卷錨固，給操作工人充分的操作時間，解決了該問題;三是工作面配備力矩扳手和錨桿拉力計，定期定量對錨桿支護質量進行抽檢，確保支護質量。

3 結語

總而言之，隨著我國煤炭行業的發展，巷道支護技術日漸成熟，但是在現場管理和操作中，要切合實際的選擇合理的支護方式，確保巷道在其服務年限內，牢固可靠，滿足生產需要，同時，在生產工作當中，相關技術人員應積極鉆研新技術，開發出更為有效的施工方法，以促進掘進技術的進一步完善，并盡快改善煤礦掘進支護中存在的問題，提高煤礦開采業的整體水平，從而實現煤礦企業的可持續發展。

［1］蘇東懷.探討煤礦掘進支護中存在問題及應對措施［J］.科技風，2014(1):86 -87.