淺析煤礦巷道支護技術及應用

摘 要：隨著煤礦的開采程度不斷加深，煤礦企業開始將研究重點放在對煤礦巷道支護技術的改進上，這不僅可以大大提高煤礦開采工程的安全性，而且可以快速提高其自身的經濟效益。本文首先介紹了煤礦巷道支護理論，其次闡述了目前煤礦巷道支護常用形式，最后分析了錨桿支護技術在軟巖巷道應用，并提出存在的問題。

關鍵詞：煤礦巷道；錨桿支護；軟巖巷道；應用

1 煤礦巷道支護理論

1.1 聯合支護理論

該理論應用的核心是改變以前各種防護技術所采用的通過提高支護體的剛度來控制圍巖變形的方式，將剛柔有機結合，形成了對巷道的穩定支護。該理論下的支護技術被廣泛應用于較為復雜的巷道中，但由于當前煤礦巷道圍巖條件日漸變差，各煤礦對該理論支撐下的支護技術應用得也越來越少。

1.2 圍巖強度強化理論

該理論的提出是建立在巷道錨桿支護技術基礎之上的，錨桿支護一方面可以通過改變圍巖的應力狀態來增加圍壓，從而達到提高圍巖承載能力的目的；另一方面還能有效提高被錨巖體性能，強化錨固區域巖體的峰值、峰后及殘余強度。

1.3 松動圈支護理論

該理論認為煤礦巷道在開挖過程中，會在巷道周邊圍巖上形成一個松動圈，圍巖的變形程度主要取決于松動圈的膨脹程度。松動圈支護的對象是圍巖破裂時膨脹變形的巖體，該防護技術根據圍巖的分類提出了各具針對性的支護形式。

1.4 新奧法支護理論

該理論應用下的支護原則主要包括以下幾點：一是進行煤礦巷道的光面爆破；二是使用錨噴支護，對隱患區域周邊的圍巖進行加固，提高圍巖自身的承載力；三是在存在安全隱患的巷道區域噴射混凝土，對巷道周邊區域實行密貼支護。

2 煤礦巷道支護形式

根據支護對圍巖的作用方式可將煤礦巷道支護分為4類：①支護力作用在巷道圍巖表面的支護方式，如各種類型的支架、噴射混凝土、砌碹支護等；②支護力不但作用在圍巖表面， 而且作用在圍巖內部的支護方式，如錨桿與錨索支護；③ 改善巷道圍巖力學性質，提高圍巖強度的加固方法，如各種注漿加固方法；④ 改善巷道圍巖應力狀態，使巷道處于應力降低區，如各種應力控制技術。

2.1 棚式支架

棚式支護曾經是煤礦巷道的主要支護方式，在20世紀90年代初，這種支護所占的比重高達80%以上。按支護材料可分為木支架、鋼筋混凝土支架及金屬支架，其中木支架與鋼筋混凝土支架已經逐步被淘汰。金屬支架按工作原理分剛性與可縮性支架；按支架材料分為工字鋼、U型鋼及其它；按斷面分為梯形、拱形、圓形、環形。但是，棚式支架也屬于被動支護，支架與巷道表面很難密切接觸，控制圍巖早期變形的能力差，在復雜困難條件下支護效果差、成本高。棚式支架的用量在逐年減少，被錨桿支護逐漸替代。

2.2 錨噴支護

我國煤礦于1956年開始在巖巷中使用錨噴支護。噴射混凝土可及時封閉巷道周邊，實施密貼支護，減少水、風對圍巖強度的影響。錨桿可及時支護圍巖，起到主動加固作用，充分發揮圍巖的自承能力。經過多年來連續不斷的研究、試驗與推廣應用，錨噴支護技術無論在支護理論、支護設計，還是支護材料、施工機具與工藝、質量檢測與礦壓監測方面都取得了長足發展。錨噴支護不僅成為巖巷首選的、性能優越的支護形式，而且錨桿支護也成為煤巷的主體支護方式。

2.3 注漿加固

在破碎煤巖體中開掘或維修巷道，采用棚式支護或錨桿支護很難取得較好的支護效果， 圍巖注漿加固是一條有效途徑。注漿漿液可充填圍巖裂隙，將破碎巖體固結，改善圍巖結構，增加圍巖自身承載能力。目前注漿材料主要有兩大類型：水泥基材料和高分子材料，可根據巷道地質與生產條件選取。

2.4 砌碹支護

砌碹支護是應用很早的支護方式，目前在一些礦井的硐室、大巷中仍然采用。按砌碹支護材料可分為：料石、混凝土砌塊、現澆混凝土、現澆鋼筋混凝土等。但是，砌碹支護屬于剛性被動支護，不僅支護成本高、施工速度慢，勞動強度大，而且不能適應圍巖大變形。除特殊巷道和硐室，一般不宜采用。

2.5 應力控制技術

將巷道布置在應力降低區，或采取人工卸壓措施，使巷道周邊的高應力向深部轉移，是巷道圍巖變形控制的另一個途徑。將巷道布置在應力降低區是首選的方法。巷道布置方向優化、斷面形狀與尺寸優化，均可改善巷道受力狀況。人工應力控制措施主要有切縫、鉆卸壓孔、爆破及掘卸壓巷等方式。由于人工應力控制方法施工比較復雜，目前還沒有大面積推廣應用。

2.6 復合支護

復合支護是采用兩種或兩種以上的支護方式聯合支護巷道。如果能充分發揮每種支護方式的支護性能，做到優勢互補，復合支護會有更好的支護效果和更廣泛的適用范圍。復合支護雖然適用范圍廣，但支護費用高，成巷速度慢，支護形式選擇不匹配時，往往造成各個擊破的情況。應針對巷道具體條件，選擇合理的復合支護形式，才能達到預期效果。

3 錨桿支護技術在軟巖巷道中的應用

3.1 軟巖巷道與錨桿技術

軟巖煤礦巷道的特點主要為遇水會發生大量膨脹、風化作用明顯、易發生崩解、圍巖強度不高、煤層與頂底板巖層的膠結性較差等。軟巖巷道的煤層厚度大約接近6米，但由于是節理、層理發育，所以其抗壓強度存在明顯不足。另外，由于頂底板巖層屬于砂質巖層，所以頂底板巖層強度不強且存在很大的膨脹性。軟巖巷道采用的是樹脂全長預應力錨固技術，錨桿為垂直巷道表面打設，W護板、金屬網和鋼筋網的應用，使得巷道的變形程度降低，有效防止了煤礦巷道圍巖的過度膨脹，實現了圍巖的穩定和完整。從整體上來看，在該技術的實際應用下，圍巖的變形程度得到了較好的控制，極大滿足了煤礦采煤對安全的需求。

3.2 煤礦軟巖巷道支護存在的問題

軟巖巷道支護存在的問題主要表現在：第一，斷錨錨桿在進行常規性支護時，形成的圍巖自承圈的厚度不僅小于錨桿的桿體長度，還遠達不到自承圈發揮效果時所應具有的厚度，這就造成了雖然進行了錨固，但對巷道圍巖的實際作用力不強；第二，煤礦巷道一經開挖，就會使得巷道的圍巖應力進行重新分布。在這個過程中，支護體要承受相當大的壓力，所以加強支護體的剛度也就成了解決軟巖巷道支護問題必須解決的一大難題。支護體剛度的增強，雖然能有效抵抗圍巖產生的壓力，但由于在支護體剛度的把握上存在一定難度，所以如果支護體剛度偏大，就不能適應軟巖巷道的圍巖變形速度快且變形量大的特點，也就導致了支護體剛度與圍巖變形的不協調，也就不能充分發揮支護技術的作用；第三，由于軟巖巷道的巖層具有很大的易膨脹性，所以在高應力和應力的作用下，軟巖巷道圍巖薄弱的地方會造成支護體附近巖層的松動、變形與破壞。如果破壞強度較大，還會使軟巖巷道形成破碎區，破碎區的進一步發展就會導致圍巖自承圈的極大損壞。

4 結語

由于各煤礦開采區的地質存在一定程度上的差異，所以必須根據煤礦巷道的實際情況，運用適合的支護理論和支護技術。當前使用較多、效果較好的錨桿支護技術，不僅能有效增強圍巖強度，還在很大程度上保證了采煤的安全性。

參考文獻

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作者簡介

王李平（1988-），男，漢族，畢業于西安科技大學，采礦工程專業，工程師，主要從事煤礦回采，掘進等工作。