巷道支護技術在煤礦井下掘進中的應用

王夏炎

太原煤炭氣化(集團)有限責任公司東河煤礦

巷道支護技術在煤礦井下掘進中的應用

王夏炎

太原煤炭氣化(集團)有限責任公司東河煤礦

隨著我國煤礦科技的發展，一些高效采煤法如大采高綜采、綜放得到了廣泛應用，而這些采煤法會產生更大的采動應力，同時要求巷道斷面及跨度也越來越大，這也在某種程度上增加了巷道支護難度。煤礦掘進需要在煤礦巷道中進行，這就要求其必須具備一定的安全性。煤礦巷道多采取安裝掘進支護結構件的方法穩定地質結構。由于地質不穩定的因素，經常會出現巷道掘進支護設施被損壞的情況，這會為巷道施工的安全帶來不小的隱患。面對不斷增加的支護難度，就非常有必要提升支護技術的能力，確保其安全性與穩定性，不斷研發新技術，進而完善煤礦掘進技術，提高安全性，保證工作效率。本文將主要對巷道支護技術在井下作業中的應用進行分析，從而提出相關的建議和對策。

煤礦掘進；巷道支護技；技術應用

支護巷道是煤礦開采過程中的一道重要工序，它是確保煤礦安全開采的關鍵。各礦井長期開采，礦井煤炭資源量必然不斷減少，煤礦開采的地質條件也會越來越復雜，這就給礦井巷道支護工作提出了更高要求，特別是當礦井煤炭資源開發進入深部開采階段后，面臨的巷道支護問題將會更多，如高地應力引發巷道大變形，斷層褶曲較難支護等。

1 巷道支護技術簡介

煤礦井下掘進中，巷道支護技術應用已越來越廣泛，其能夠使煤礦井下支護的整體效率得到相應提升。在支護的過程中，通常需要結合多方面的因素進行巷道體系結構優化，同時還要改善支護結構方式，從而讓巷道支護技術得到全方位應用。在煤礦生產作業過程中，巷道圍巖控制工作與巷道支護工作之間存在著緊密的聯系，所以，在正式開始巷道支護工作前，需要事先掌握一定的巷道圍巖控制理論知識。該項理論知識主要存在以下幾個方面的觀點：巷道圍巖具有一定程度的承載能力，能夠在巷道上方形成通過自然拋物線性力而形成平衡拱；新奧法表示在巷道圍巖上具有常見的自然承載能力，能夠在護體與圍巖之間形成穩固的支撐圈；弱化法和圍巖卸壓法的核心步驟就是調整支護架結構，將更多的圍巖能量釋放出來，從而進一步提高圍巖穩定性。將巷道分成各種不同主次的承載區，由于壓縮區尾部都集中在圍巖深部，為了能夠對巷道的主承載區進行維護，需要通過支護加固的方法，提高各個部分的承載力。

2 巷道技術的支護形式

2.1 型鋼支護

礦井中所用的支護型鋼要具有較好的剛韌性、抗拉、抗剪及抗壓等不同的功能。巷道中的支架主要承擔來自兩個不同方向的力，即縱向推動力及橫向荷載，對于來自這兩個不同方向的承載負荷能力需要進行一定的準備工作。礦井所用到的支護型鋼斷面幾何參數在一定情況下會受到來自抗彎截面模量的影響，因此，抗彎截面模量在此過程中體現出了至關重要的作用，抗彎截面模量與巷道支架承載負荷能力需要具有極高的相似度。從根本上來說，礦井所用的支護型鋼所呈現出幾何形狀會對支架本身所表現出的性能有極重要的作用。所以，對于不同的礦井所用支護型鋼的幾何形狀進行鎖緊和滑移工作處理時，需要保證礦井所用的支護型鋼的接觸面面積及其平穩性，以便于能夠達到實驗的最高標準狀態。

2.2 預留煤柱

作為一種較為傳統的巷道支護變形風平巷預留煤柱支護，該支護形式需要給上下區段的煤柱預留出一定寬度，避免回風平巷將壓力支撐值上升到實際峰值區域。從技術角度來說，預留煤柱支護技術相比于其它技術而言，在使用方式上較為簡單，對于排水、通風等方面也會產生有利影響。但是，為了將煤柱支護預留出來，勢必會消耗掉大量財力、人力及物力，在無形之中增加了巷道的維護成本。在整體支護中，需要預留煤柱，這樣能夠有效保證煤柱預留的均勻性。在進行支護建設的過程中，需要對井下的變化情況進行支護結構構建。與此同時，還需要與多元施工技術體系相互結合，對圍巖變形的周期數據進行周密計算，并積極引入錨桿支護等，全面發揮出預留煤柱的支護效果。

2.3 孔位的布置

在進行孔位整體布置時，首先需要統計其管位的直徑，而且需要初步統計巷道斷層方位和支護拱形。在環形位置同樣還要對其線位間距進行整體統計分析，從而大幅度縮減孔間距，間距大約在0.32m。最后在注漿位置的分配上，需要采用多孔位，均勻分配支護錨桿距離，從而實現孔位精確布置。

2.4 測量放線

在測量放線工藝中，首先需要初步確定地質勘測方案，然后對于不同的掘進面進行不同形式的分孔測量。在測量過程中，首先要保證測量的精確性，尤其在進行基線測量的過程中，其分布點要保持對稱，可以采用直接對準孔位的方式對其線面的變化情況進行數據分析，從而讓測量放線數據更精確。

3 煤礦掘進支護技術控制

3.1 改進煤礦巷道

隨著科技水平的提高，不斷涌現的新技術為煤礦開采業帶來了多方面的巨大變化，其中，煤礦的挖掘周期不斷縮減，開采效率獲得很大的提高，實現了從巖巷到煤巷的轉變過程。此外，煤礦巷道的斷面形式也從拱形逐漸演變為矩形，從而有效提升開采和掘進的效率。斷面形狀的改變從使用價值角度來看，矩形相比其它形狀，可以更大幅度的增大掘進的速度和發掘效率。在斷面的面積上，小型斷面正轉化為大型斷面，這更適合大型機械的施工條件，大型機械化取代手工勞動使得工作效率大大提高，但同時對礦井的結構強度是一個不小的考驗。傳統形式的單巷道已逐漸無法適應當今的生產需求，被其他新興作業形式所取代，巷道對瓦斯等氣體的排放有著很高的要求，必須選用多巷道的布置模式進行替代。此外，現階段業內對于巷道的埋深有了更高的標準和更嚴格的要求，開采過程中的地質條件也會隨著巷道深度的增加變得愈發復雜，這就對煤礦掘進支護技術提出了更為嚴苛的要求。因此，為確保安全性，必須要采取合理而穩定的有效措施。

3.2 加強現場勘察，制定科學的支護方案

支護方案制定的是否科學合理，直接影響支護的效果。所以要先對施工巷道的現場情況進行勘測，要對巷道的圍巖的特性進行深入性的了解，從而制定較為科學合理的支護方案。巷道支護方案中可以允許圍巖有一定范圍的變形。微小的變形可以在圍巖表層巖體發生破碎時釋放一定的應力，在一定程度上減小圍巖的變形量。支護方案制定的過程中可以使用多種支護方式綜合組合的模式，從而達到有效支護的目的。

3.3 確定支護臨界點

通常情況下，在進行煤礦支護技術應用過程中，可以結合地質條件進行環境綜合判斷，并建立相應的評估體系。通常可以從兩點出發：a)建立相應的支護體系，然后結合掘進的實際操作水平，對支護臨界點進行初步計算。一般，當工作面的施工長度小于300m，需要采用較為普通的掘進機進行掘進，這樣能夠讓成本輸出率得到降低，同時還能讓各種掘進機械得到最好的配合，從而達到理想的掘進效果；b)當工作面的施工長度大于300m時則需要采用綜掘機，可以采用多種分配工藝對其支護體系進行全面優化。在設備選擇方面需要選擇相對重型的器械進行掘進，由于煤礦整體環境具有不確定性，所以在采用支護技術過程中，需要對其掘進設備進行合理評估，并加強掘進的可靠性。

3.4 及時對支護相關設備進行維護更新

隨著礦產資源需求的日增多，國家和相關企業也開始投入資金進行相關方面的科技研究，近年來也涌現出來了不少的科技成果。關于煤礦巷道支護的設備也有所改良和創新。常言道，工欲善其事，必先利其器。好的機器設備能夠為井下巷道支護提供堅實的物質基礎，為井下巷道支護效果提供質量上的保障。煤礦企業要及時地對設備進行維護，保證設備正常有效的運行。及時引進更新新的技術設施，支護方案的實施提供堅實的物質保障。

3.5 對煤礦掘進支護技術的特殊優化

針對煤礦開采時的復雜多變的工作環境，需要有所側重的對特殊掘進支護技術進行優化。例如，一些煤礦地理位置特殊，需要上山掘進，還需要在掘進期間實施多次爆破，這就必須采用一些特殊的臨時支護方法避免施工中出現的山體坍塌。對于這些特殊的掘進支護工作，往往沒有統一的標準，只能依靠以往的應用經驗來進行施工，導致支護效果很不理想。所以，對這些特殊地形環境下的煤礦掘進支護工作，要開發專業的有安全保障的支護技術，用科學合理的施工方案為支護工作的質量和效率帶來改善。

綜上所述，掘進支護工作是煤礦開采中的一項重要內容，它能為井下的安全和施工效率提供保障，目前掘進支護技術仍然存在很多問題，要針對這些問題科學合理的對掘進支護技術進行完善，并不斷研發新型技術，保證掘進支護工作的質量。同時，應用先進的大型機械設備等提高效率，維護煤礦周圍巖層的穩定，使煤礦的掘進工作安全有序地進行。

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