論復雜條件下掘進工作面支護技術

雷喜良

摘要：現如今，隨著我國煤礦行業規模的不斷擴大，在復雜條件下掘進工作面支護技術也越來越關注。并結煤礦自身發展的特點，實際中煤層埋深逐漸加深，地質條件越來越復雜，掘進任務又相對緊張，需在復雜地質條件下快速安全掘進。在此背景下，本文對復雜條件下支護技術的應用進行了分析，形成一套符合復雜地質條件下的支護技術，旨在保證復雜條件下掘進工作面安全生產。

關鍵詞：復雜條件；掘進工作；支護技術

引言

礦井巷道開挖后應力重新分布。如果不采取支護措施，造成圍巖的位移和變形，使生產安全無法得到有效保證。要加強支護，不僅要實現保障措施的全面保障，保持巷道的安全。有許多種用于煤礦井下巷道支護的技術，而我們通常使用的支護技術包括錨桿支護技術、砌碹護技術，棚式和應力控制技術的支護技術。通過在掘進之前利用鉆孔向煤體注入壓力水，從而增加煤體水份，增強煤體粘結性，減少煤塵飛揚，并起到釋放瓦斯的作用。

一、復雜地質條件

近年來，錨桿支護技術發展非常迅速。不僅顯著提高了巷道支護效果，降低了支護成本及勞動強度，而且提高了掘進速度。五陽煤礦隨著采深加大，開采強度的提高，巷道圍巖結構及應力環境越來越復雜，錨網支護巷道出現大量錨桿、錨索破斷的情況，為巷道的安全使用留下了大量的隱患。由于煤層埋深加深及動壓掘進作用導致巷道應力增加，使巷道出現位移、底鼓、錨桿錨索斷裂的情況。通過現場數據收集和施工特點表明，在復雜地質條件下掘進巷道，由于地質條件的復雜變化，圍巖的結果也不盡相同，所以掘進巷道與圍巖的結構面的夾角、結構面的密度、組合情況以及主應力與水平應力的方向大小對圍巖的變形和破壞影響比圍巖本身特征更為重要，同時也給錨網支護設計和支護效果造成困難。

二、復雜地質條件下巷道支護原則

（一）一次支護到位，有效控制圍巖變形

錨網支護為主動支護技術，需一次支護有效控制圍巖變形，盡量不要發生二次或二次以上重復施工。一方面是實現礦井集約高效、安全生產的目標，為礦井正常生產保駕護航，保證巷道長久使用，不用反復修復；另一方面，錨網支護原理的特點就是圍巖一旦揭露需立即進行施工效果最好，如圍巖已發送離層、破壞再進行施工，支護效果將大打折扣，支護效果會受到顯著影響。

（二）“三高一低”原則，提高掘進速度

即高強度，高剛度、高可靠性與低支護密度原則。在提高錨桿材料強度（如加大錨桿直徑、提高桿體材料的強度、提高材料加工精度），剛度（提高錨桿施加預應力、加長或全長進行錨固），在保證支護系統可性的條件下，降低支護密度，減少單位面積上錨桿數量，提高掘進速度。

（三）預應力控制原則，做到真正意義上的主動支護

預應力施加是錨網支護的關鍵技術，是區分錨網支護是被動支護還是主動支護的參考標準，只有預應力達標的錨桿支護才是真正意義上的主動支護，才能充分發錨網支護的作用。第一，通過現有技術給錨桿施加足夠的預應力；第二，通過錨桿配件實現錨桿預應力的擴散，擴大錨網支護預應力的作用范國，提高錨網支護的整體剛度與完整性。

（四）相互匹配原則，最大限度地發揮作用

錨桿構件需相互匹配，包括托板、螺母、鋼帶、墊片等參數與力學性能滿足設計要求，共同起到支護作用，錨桿與錨索的參數與力學性能應相互匹配，從而真正有效地發揮錨桿支護的整體作用。

三、復雜條件下工作面支護形式

（一）支護關鍵技術及參數設計

對支護方式的設計需要考慮到圍巖的自承作用，實行全封閉支護方式。經過模擬試驗確定了支護參數。錨索：采用低松弛級Φ15.3mm，強度級別為1860MPa的鋼絞線，長度為8000mm，錨固段長度1500mm，排距為2.1m。錨桿：選用Φ22mm高強度螺紋鋼錨桿，長度2400mm，配備2卷SS600型樹脂藥卷錨固劑與Φ120mm鑄鋼托盤。錨桿的間距如圖1所示，拱部為615mm，幫側為600mm，底部為700mm，排距均為700mm。噴射混凝土：強度按C20要求進行配置，其噴射厚度150mm。網：采用Φ6mm鋼筋來對其進行編制，網格小于150mm×150mm。反底拱：選用U36型鋼支護，間距為700mm。

（二）注水技術

沿煤層底板掘進時注水要求：1號孔沿巷道中心線距頂1300mm，水平夾角0°，上仰20°，打眼深度3200mm；2號孔距巷道中心線1000mm，距頂1500mm，水平夾角30°，上仰0°，打眼深度3500mm；沿煤層頂板掘進時注水要求：1號孔沿巷道中心線距頂1200mm，水平夾角0°，上仰15°，打眼深度3100mm；2號孔距頂1300mm，距巷道中心線1000mm，水平夾角30°，上仰0°，打眼深度3500mm。注水時封孔器應全部塞入孔內，防止脹壞封孔器。打孔時要注意鉆孔質量，防止“擴孔”造成封孔不嚴。注水時應時刻注意巷幫、頂及鄰孔，發現煤墻潮濕、滲水或鄰孔出水時應立即停止注水。注水時應時刻注意巷幫、頂、鄰孔及瓦斯涌出情況，發現煤墻及鄰孔滲水或瓦斯涌出量增大時，應立即停止注水，待瓦斯涌出量穩定時再注水，直至注水工作完成。注水時，班組長必須現場指揮工作，安監員、瓦檢員對注水工作進行監督，注水時間根據現場注水效果情況而定，班組長對當班的注水工作及效果負責，并填寫記錄。隊干要不定時的進行抽查落實工作。打設注水孔使用ZQSJ-90/2.5手持鉆機、直徑42mm麻花鉆桿，封孔器直徑為38mm，鉆頭直徑43mm。

（三）卸壓方式

沖擊地壓礦井必然有高應力存在，一旦圍巖應力超過圍巖支護強度，支護結構將被壓壞，通過采取卸壓措施將巷道圍巖的高應力向深部轉移，減少煤巖的沖擊震動，改變應力分布規律，使巷道處于低應力區，可有效改善巖體的支護環境，增強支護效果。通過卸壓形成的低應力區能夠吸收沖擊產生的能量，保護支護體不被損傷。為克服卸壓對支護的破壞，采用對支護影響最小的卸壓鉆孔作為常規卸壓手段，同時將注水鉆孔封孔深度提高到15m以上，并對錨桿支護深度段的3m卸壓鉆孔進行水泥封孔。

（四）架棚支護

如果頂板破碎嚴重，頂板下沉顯著或大面積冒落，采取上述兩種支護方式都無法控制住頂板時，根據現場情況向頂板破碎區注高分子材料（固幫特加固材料為CM-15，配比為1∶1）進行注漿加固，然后結合頂板情況打設鋼釬，鋼釬與水平面夾角至少為+15°（鋼釬30～55mm，長3000mm或6000mm）。如頂板破碎區使用鋼釬無法起到支護作用，采取穿梁加打木垛等方法進行支護。穿梁時無支點，可先打設錨吊梁進行橫擔，而后進行穿梁，錨吊梁根據現場操作情況可選用長度有4000，4700，5100mm。采取架U29型鋼棚加強支護，U29型鋼棚要與巷道尺寸相匹配（棚腿長3700mm，頂梁長5100mm），棚距暫定為800mm，兩架棚梁之間使用連接桿連接（棚距拉桿可選用長度有600，800，1000mm），確保棚梁不會因頂板壓力增大而歪斜。結合工作面地質條件，及時調整棚距，確保安全，棚子必須按巷道中線架設。架棚完畢后及時安裝頂板離層儀，監測頂板離層量，每天觀測頂板變化情況，并做好記錄及匯報工作。

（五）巷幫支護

切眼老塘側幫使用金屬菱形網+鋼筋梯子（寬110mm、長2.5米）+幫錨桿（長1.8m直徑20mm的右旋等強錨桿）支護，每孔使用2個樹脂藥卷，幫錨桿間排距為800mm，每排4根。采面側若煤壁穩定，每排可打2～3根玻璃鋼或等強錨桿配合塑料網不使用鋼筋梯子，排距可放大到1.0米。

結語

在復雜條件地區進行煤礦開采工作時難度非常大，因此在復雜地質條件地區進行煤礦開采工作時值得關注的不僅是煤礦的開采量，還有進行煤礦開采時的安全問題、技術問題等。復雜條件下工作面支護研究成果將進一步完善煤礦巷道支護技術，滿足礦井安全生產需要，以達到安全、經濟、有效的目標。為解決五陽煤礦復雜應力條件下錨網支護系統中錨桿、錨索破斷問題提供科學依據和實用技術手段，該技術不僅適合于五陽煤礦，同時也為全國范圍內解決復雜應力條件下錨網支護體系中錨桿、錨索破斷問題提供參考。總體來看，實施本項目將產生顯著的經濟、社會效益及投入產出效果。

參考文獻：

[1]康紅普.煤礦巷道錨桿支護技術現狀與發展趨勢[C].《地基基礎工程與錨固注漿技術：2016年地基基礎工程與錨固注漿技術研討會論文集》-2016-11-11

[2]李富欣.新形勢下煤礦開采中的采煤技術分析[J].科技傳播2015（11）：95

[3]李俊峰.掘進工作面不同支護條件下臨時支護技術[J].煤礦開采，2016（5）：62-63

[4]國家安全生產監督管理總局.煤礦防治水規定[S].北京：煤炭工業出版社，2016：225-245

[5]國家煤炭工業局.建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程[S].北京：煤炭工業出版社，2015：225-245