探析煤礦井下巷道掘進頂板支護

雷志強

（河南永錦能源有限公司云蓋山煤礦一礦，河南禹州 461670）

一般情況下，錨桿支護、可縮性支架支護等支護方式是煤礦井下巷道掘進頂板支護的常見形式，煤礦井下巷道掘進的施工工藝并不會對頂板的支護形式或者質量產生明顯影響。但是如果在實際的煤礦巷道施工過程中，工作人員沒有詳細分析具體的巷道施工區域地質結構特點，或者未能規范化操作施工中的相關設備組件，則可能會出現頂板支護層面的問題，主要表現為支護結構適應性差、應力集中狀態比較突出。為此，在進行支護作業時，工作人員應結合實際的情況，優化選擇頂板支護的具體形式，并在合理、規范應用相關設備的基礎上，在實際的工作過程中靈活變化頂板支護的具體形式，進而可進一步適應煤礦井下巷道掘進過程中的頂板支護要求。

1 煤礦井下巷道掘進頂板支護質量影響因素分析

首先，煤礦井下地質條件是影響頂板支護質量的關鍵因素，并且從以往的支護技術應用效果來看，實際的地質條件作用形式也有所不同[1]。頂板支護的骨架會直接與上層巖石接觸，但是如果圍巖本身的穩定性較差（也就是在受到擠壓應力之后會出現不同程度的橫向位移），則會導致相應的支護結構穩定性較差，進而不能達到預定的頂板支護強度；其次，圍巖在受到擠壓應力之后，不僅會出現橫向的位移，還會出現縱向的變形情況。在圍巖的變形過程中，雖然可通過加裝一些輔助性的支護結構減緩這種變形的趨勢，但是這種趨勢是不可消除的，在經過一段時間之后，圍巖上就會掉落一些巖石碎屑，而此時圍巖本身的結構穩定性已經發生了較為明顯的改變，不足以為頂板提供有效的支護基礎；再者，從施工工藝的角度分析，不同類型的施工工藝流程會影響頂板支護過程中各類結構的支護順序。其中，定向爆破的工藝要求較高，往往需要選擇較深爆破孔徑。但是如果此時的煤礦井下地質構造存在問題，類如硬度過低或者硬度過高，都會導致爆破面積偏離計劃面積，從而導致頂板支護的穩定性下降。為此，工作人員在選擇支護方式時，一定要結合實際的施工工況[2]。

2 煤礦井下巷道掘進頂板支護方式分析

2.1 錨桿支護

錨桿支護是煤礦井下巷道掘進頂板支護中最為常見的形式，并且其支護的具體流程以及結構也比較簡潔，實際的工程施工適應性較好。在選用此種錨桿支護方式之后，工作人員應優先做好支護資源準備工作，包括錨桿支護相關的錨桿組件、托板、固定劑、鋼帶以及相應的防護網等。在應用此類錨桿支護資源時，工作人員需要合理選擇具體的頂板支護位置[3]。為了降低不同地質構造以及不同質量的圍巖對頂板支護效果的影響，工作人員在選擇具體的頂板支護位置時，需要對支護位置的實際物理屬性進行實驗分析，確保其不會出現明顯的裂紋、碎渣等[4]。在此基礎上，在使用錨桿緊固組件時，為了確保錨桿組件不會在后續的使用過程中出現松動，工作人員應選擇具有預加應力特點的螺栓螺母，進而提供反向的緊固應力，確保緊固力在常態下不會突然消失，這是確保錨桿支護穩定性的基本要求。另外，在布置防護網時防護網應緊貼巷道內表面，這一方面可在一定程度上對巷道內表面施加擠壓應力，另一方面可防止巷道中破碎巖石脫落，進而可提供穩定性較好的支護應力，實際的錨桿支護效果也會更好。

2.2 可縮性支架支護

可縮性支架支護形式與錨桿支護形式相比，其支護的靈活度較高，但是應力承受期限相較于錨桿支護略小。在使用此類可縮性支架支護方式時，工作人員首先要對巷道中頂板支護的數量需求進行分析。在得到了相應的數據信息之后，工作人員需要選購可縮性支護支架，由于可縮性支護支架中大部分零部件屬于標準件，因此工作人員可以一次性購買所需零部件，在使用過程中根據需求現場組裝即可；其次，為了確保此種可縮性支架支護結構的穩定性，工作人員也需要對巷道內部的巖石層結構進行分析。一般情況下，如果圍巖本身的結構參差感較強，則在實際的支護過程中，不同巖石層之間可能會出現相對位移。因此，為了降低橫向位移的影響，工作人員應使用橫向的位移阻斷器（一種緊固性的鋼結構組件），對巖石層的橫向應力進行反向試壓，進而抵消掉巖石層內部的橫向應力，從而確保巖石層整體的穩定性[5]。另外，需要注意的是，可縮性支架支護在伸縮連接位置的應力集中情況比較突出，并且在一次調節成形之后，不宜再次調節，否則可能會導致伸縮結構性能下降，實際的支護作用力也會出現明顯降低的情況。

3 煤礦井下巷道掘進頂板支護質量控制方法分析

3.1 細化巷道支護環境調查，提升頂板支護結構的應力承載能力

在選用巷道掘進頂板支護形式時，工作人員需要對巷道支護的實際環境條件進行分析。管理部門應組建專門化的環境調查小組，小組成員不僅需要對巷道支護環境周圍的巖石層結構進行分析，包括巖石層的硬度以及結構形式等，還需要對實際的支護空間進行模擬預測，進而為后續的頂板支護施工提供有利支持。在得到了具體的分析數據的基礎上，工作人員需要結合此類信息優化選擇頂板支護的實際尺寸，包括錨桿支護中錨桿的長度和直徑以及托板的厚度參數等。需要注意的是，此類支護組件的固定方式尤為關鍵，并且會對頂板支護結構的應力承載能力直接產生影響。常規類型的固定方式為螺栓螺母固定方式，但是在應用此種固定方式時，工作人員應盡量選擇帶有自鎖功能的螺栓螺母，這樣可降低垂直應力對錨桿固定效果的影響[6]。另外，維持巷道支護表面的平整與光滑度也非常關鍵，這與支護結構的實際形式相關，也與初期的爆破施工工藝有關。

3.2 優化巷道頂板支護中的應力調節流程，提升支護協調能力

頂板支護中的應力調節流程并不是簡單的應力調節過程，而是需要在實際的支護作業中逐級調節。在這個過程中，工作人員需要及時關注頂板支護過程中頂板上方巖石層的形態變化。一般情況下，在支護中上方巖石層均會出現一些的殘渣掉落情況，但是這并不意味著巖石層的結構形式發生了改變。此時，工作人員需要觀察巖石碎渣的掉落情況，微調巷道頂板支護的具體問題和實際應力大小。但需要注意的是，這個過程會伴隨著支護結構的變形以及巖石層的變形，兩者的變形效果并不能相互抵消[7]。為了平衡這種支護變形效果，工作人員除了可以增加變形支護受力面積之外，還可以適當增加支護結構的參數，包括頂板的面積、緊固螺栓的數量等，進而可在維持支護結構穩定性的基礎上，確保頂板支護可表現出較好的應力釋放效果。

3.3 使用先進的頂板支護設備，改善掘進施工工藝

現階段，一些先進的頂板支護設備被應用到了煤礦井下巷道掘進作業中，此類設備的應用形式和應用效果存在適應性的評價標準，相應的技術應用調整措施也比較規范。在使用此類頂板支護設備時，工作人員可應用其對頂板支護的整體強度系數進行分析，進而可根據分析結果選擇合適的頂板支護位置。另外，此類設備往往被應用到施工流程較為復雜的巷道掘進施工過程中，相應的施工工藝可能也會比較復雜。為了確保頂板支護的實際效果，在應用此類工具設備時，工作人員應選用一些自動化類型的輔助設備，包括自動加油設備等，進而可為此類巷道綜合機械設備的使用提供有效支持[8]。以此為基礎，工作人員可使用信息化的控制技術，對自動化機械設備的應用形式進行控制，為頂板支護提供有效的數據參考，而實際上，這種參考數據的真實性和質量往往較好。

4 結語

總之，在選用頂板支護的形式時，工作人員應結合巷道施工的實際狀態，包括巷道施工中圍巖的地質情況以及不同位置的頂板支護要求等。為了提高支護作業的整體效率，工作人員也可選擇一些先進的機械化設備，但是在使用此類機械化設備時，需要注意分析設備應用預算，不能脫離實際的頂板支護施工成本，否則可能導致煤礦井下巷道施工出現成本預算問題，進而影響施工作業的整體進度。