礦山工程井下巷道掘進頂板支護技術

王作軍

山東華新建筑工程集團有限責任公司 山東泰安 271219

1 煤礦井下巷道掘進的支護技術

巷道施工時預留煤柱技術是煤礦井下巷道掘進頂板支護技術中較為傳統的一種。一般情況下，進行頂板支護工作的施工人員在完成煤礦井下巷道上、下區段這兩個部分的施工時，會用到較為傳統的預留煤柱技術。與其他頂板支護技術相比，傳統的預留煤柱技術所具有的優點是操作簡單、便捷。相關的施工人員通過在頂板支護過程中應用傳統的預留煤柱技術，可以在很大程度上增強煤礦井下巷道整體的通風能力和排水能力。但是與此同時，工作人員在應用傳統的預留煤柱技術的過程中，會耗費較多的人力和物力資源，成本過高，這也是該項技術的缺點之一。除此之外，在應用預留煤柱技術的過程中，發揮頂板支護作用的煤柱損壞或者出現其他情況不能繼續支護工作，就有可能導致煤礦井下巷道施工人員的生命財產安全得不到保障。煤礦工程采煤工作進行的過程中，由于作用力的一些特點，煤柱所承受的來自外界的壓力會隨著柱身傳遞到煤柱的底部位置，這樣就有可能使煤礦井下相鄰位置的巷道受到一定的影響，進而給整個煤礦井下巷道掘進頂板支護工作的開展帶來風險和安全隱患。

2 頂板支護穩定性影響因素

對巷道頂板支護作用的有效性與穩固性有影響的不單單是煤礦節理和層理發育狀況，還有巷道圍巖褶曲的構造。在煤礦的地質情況極好的情況下，可以少使用一些支架在巷道內，這樣對掘進的速度可以大大提高，同樣，地質條件復雜的巷道內，對頂板支架的安置就需要增多，這樣也會使得掘進的速度相對減慢，這也是為了保障井下工人的人身安全。

3 提高煤礦巷道支護技術的措施

3.1 加強巷道頂板的承載能力

巷道掘進施工技術準備工作包括：①結合井下礦壓觀測得來的資料和具體地質構造狀況，選擇與井下巷道現場施工相符的支護方式。在此基礎上，對于在巷道內重點施工區域，應制定出完善的安全技術方案進行實施。②在設計井下巷道挖進頂板支護施工中，逐一完善材料數量和尺寸及支護頂板方式、臨時支護形式等，對掘進作業規程進行嚴格控制。圍巖最開始的承受能力與平衡情況在挖掘巷道時已經遭到了破壞，更何況還有回采工作的配合，這就會導致上覆巖層產生運動，使巖層的應力進行了重新的分布。伴隨著采煤量的逐步擴大，工作面的大力推進，會使頂板隨著工作面前后方向及側向支撐壓力在分布上有一定規律性的改變，只有將這些全部計算出來和全面掌握了，才能正確地對巷道開挖的時間及具體位置進行掌握。在進行開掘時，上一區段工作面的頂板停止運動后選擇普通的巷道，這時在側方向的頂板已經停止運動，老頂也已經觸矸，再繼續挖掘不會影響頂板結構的形成。通過對側向支承壓力規律進行實際測量得出，普通的側向支撐壓力大約會在2個月之后完全穩定，位置為工作面的后方大約50m以外，這就要求沿空掘巷的時間必須高于這個值。第二種關鍵技術就是對巷道開掘位置的掌握。巷道可開掘的位置共有A、B、C、D四處：D點為完全沿空掘巷的位置；C點是沿空掘巷留有小煤柱的位置；B和A點是大煤柱及有煤柱互巷的位置(如圖1所示)。

通過側向支撐壓力的分布規律可以看出，如取B點作為掘巷點，那么巷道就處在支撐壓力的最高點，就會對圍巖造成過強的壓力，在維護上就會出現很多的不方便之處；如果將A點設為掘巷地點，有利于對原巖應力區的維護，可是這樣大的煤柱會造成很大的資源浪費。如果從C點的小煤柱進行掘巷，那么處于側向支撐壓力最高值附近巷道的實體煤側，就會由于壓力過大而產生嚴重變形，并且會使得空側煤柱由于破碎失去支撐能力，這不僅將巷道的跨度增寬，還會使巷道的壓力加大，導致無法完成對巷道的維護；選擇D點進行完全沿空掘巷，本身巷道位置就是內應力場，巷道圍巖壓力相對較少，便于維護，最大程度地完成回采煤，但是，由于另一側已經采空，就需要將防護工作做好，以防止有毒有害氣體由于漏風的原因溢入巷道，所以對采空區就應該采取注漿防火密閉工作。為了降低掘進時沖擊危險性，選擇將區段煤柱取消，因此，D點作為巷道位置是最為理想的選擇。由于破裂區已卸載了內應力，那么巷道沿著破裂帶進行挖掘，在側向的覆巖會對其起到保護作用，這就是內應力場，直接頂以及部分破碎老頂的重量就是巷道需要的支撐壓力，這使得巷道壓力相對較少，便于后期維護，其次，必須做好對巷道內的密閉工作以及防火工作。

圖1 老頂巖層斷裂后側向支承壓力分布示意

3.2 加大設備使用效率，完善掘進施工工藝

將先進的巷道掘進技術與科學的施工技術相結合：①在地質及基礎條件都相對較好的巷道中進行施工時，對于掘進技術的選擇應該是破巖水平高、中心位置比較低，機器相對較矮的綜合化掘進技術。這種掘進施工技術通常使用懸臂式掘進機、單體錨桿鉆機等這類設備進行組合使用，這種配合在生產力方面是很強悍的，并且符合地質條件及生產條件。使用這種掘進技術可配以液壓馬達共同使用，還可以直接將裝載機構進行驅動，通過液壓系統和自動化加油裝置會提高其穩定性與可靠性。聯合使用PLC這種類型的電氣系統控制技術，對施工故障進行檢測。②當斷層面積較大時，就需要使用連續性掘進技術進行施工。對于多巷道的施工，需要使用挖掘技術進行施工。將快速掘進技術充分應用到掘進井下巷道進行施工，對于回風巷道可以利用錨桿鉆車進行支護，這樣相互配合交叉作業就能夠順利完成巷道支護。對于設備的選擇與使用，必須配合井下巷道挖掘和頂板的支護，并且使用一些可以伸縮的支架進行支護，如錨索或錨網，結合專業的機械化操作進行施工。另外，對于斷面小的施工區域，鑿巖車使用自動化操作得以實現。在進行操作的過程中，對斷面大的地段首先應該考慮使用綜掘機和盾構機，這樣能提高整體施工質量，達到一次成巷的具體要求。③在實際使用設備中，應定期檢測設備，應及時檢修不能正常運行的設備，以確保煤礦井下工作的順利進行。

4 結語

當前形勢下做好煤礦井下巷道掘進頂板支護工作不僅是客觀需要，而且能夠很好地提升煤企的效益，具有一定的現實意義。同時，也能夠促進煤礦開采的效率和質量，提高了安全性。所以，作為煤企相關的技術人員，一定要夯實自己的技術能力，學習先進支護技術和經驗，為煤礦安全開采做出貢獻。