厚煤層綜放開采鉆孔切頂留巷支護技術研究

＊樊秀志

（煤炭工業太原設計研究院集團有限公司 山西 030001）

引言

隨著采礦強度的逐步提高，煤炭資源正在逐漸減少。越來越多的煤炭企業開始尋找綠色采礦途徑，通過現代化科學的采煤技術，以延長礦井的壽命，可以進一步提高煤炭資源的采收率，也控制了我國煤炭資源的不合理浪費，保護了礦山資源。因此，實現煤炭的綠色高效開采，是提高開采技術的重要措施。

1.沿空留巷巷內支護數值模擬分析

根據現場礦區的地質條件創建必要的數值模型，模擬巷道的寬度和高度。使所設模型支持參數方案的分析與比較。在比較螺栓支撐直徑時，通過數值模擬巷道周圍的巖石狀況，隨著螺栓直徑的增加，巷道周圍變形的巖石會減少。分離錨桿時，通過比較螺栓間距對巷道支護效果的影響，確定螺栓布置，當螺栓布置不同時，回風通道周圍巖石變形。對于不同的螺栓布置，巷道兩側的變化很小，并且巷道周圍巖石的變形主要發生在頂板和地面上，布置是通過考慮安全和經濟因素來確定的。對于錨索支撐對環境中巖石變形率的影響，應將螺栓支撐參數進行科學合理的設置，根據實際方案設置不同的錨索支撐設置。在錨索的數量不同時返回空氣隧道周圍的巖石的變形也不同，在沒有錨索的情況下巷道的變形相對較大，巷道變形明顯減小。在使用2條錨索和3條錨索的情況下，圍繞巖石的巷道變形差異很小，因此在確定工作面支撐參數時增加錨索的加固支撐，最終確定在支架工作面上的回風隧道的方法為連接支架。

2.厚煤層綜放開采鉆孔切頂留巷支護技術應用

(1)在超前壓力影響段的應用情況

在厚煤層綜放開采支護中，應在綜放面使用工字鋼支護，如果主軸承壓力峰值在工作表面之前約12m，則范圍可以達到約32m。因巷道為固體煤，工作面埋入較小深度，必須預先支撐＜20m。

(2)在后方壓力影響段的應用情況

在工作面后方，通過監測礦山壓力，在工作面后方小于10m的區域內進行巷道臨時支撐工作的更換，并且沒有動態壓力。在機器導軌支撐壓力下，往往會發生變形，尤其是底部起伏太大。因此，當第二個刮板輸送機在后面時，將轉變為工字鋼進行支護，然后在采礦邊距巷道邊緣處放置一根圓柱，這樣做的主要目的是獲得支撐的效果。鋼制支架被用作高級支架更換支架，因此不需要使用其他支架材料。由于在這個階段會受到動壓力的影響，因此有必要正確了解巷道的穩定時間，相關人員還需監控巷道變形壓力監測，還需在必要時完成安裝工作，并且在巷道變形保持恒定后修復巷道。建議使用形鋼梁和工字鋼框架之間的單柱隔板，以確保每個鋼梁由2根柱支撐，然后工字鋼雙提升的形式發揮鋼梁的作用，沿方向達到連續架設梁的效果。前支撐路徑的高度應大于2m，前支撐路徑的寬度應小于1m。在卸下工字梁并將其放在后面，主要目的是為巷道重用提供良好的支持。

(3)在采空區隔離的應用情況

在工作面的背面使用固體砌筑填充方法來處理路邊支撐，使相關的支護體與巷道的高度相同。填充和距前方距離短存在更多常見問題，并且巷道保護技術和采礦技術之間會存在不同程度的干擾。另外巷道支撐材料還需要達到一定的強度，這對于有效防止變形是有效果的。在實際應用中，對于物料的用料和相關成本要求都比較高。路側支撐體對高動壓因子敏感，并且支撐體容易受到嚴重損壞。如果不能保證負載能力，將會導致對支撐體的嚴重損壞，以及使巷道發生變形。通過這些因素，有必要合理運用綜放開采鉆孔切頂留巷支護技術，根據具體需要選擇合適的通風方式，并且還需循序漸進的通風方法[1]。

(4)留巷支護技術應用

結合施工現場的特殊條件，在支架后部保持探索位置的前探梁，在維修之前，在巷道和頂板上處理。如果發現頂板空隙破損問題，需要嚴格監控頂板。在控制好頂板之后，拆除各個支柱和橫梁。在拉棚后擴大頂，并在達到高度要求后應用新棚的安裝和加固，并將加固長度調整至3m以上。在加載工字梁之前，有必要將探測梁向前推到一定的長度，并將工字梁放在前探測梁的后面，以加固前探測梁。完成托梁的安裝后，使用編織網將其分布在I型托梁之間，并使用柱子進行遮蓋[2]。

(5)安全施工對策

①施工準備

在施工工作開始之前，應選擇經驗豐富的維護人員和技術人員，采取必要的安全預防措施，在礦區工作現場周圍準備足夠的防護設備，并建立合理的防護工作平臺，并且需要保證此工作平臺的堅固結實，以支持工作平臺的正常運行。在施工準備工作中，還應檢查安全防護平臺，以及時發現并針對性的解決問題，確保進入施工現場時，所有技術人員和施工人員均應仔細檢查施工現場的環境，以及周圍環境中是否存在不安全的隱患。在專業人員進行檢查之后，在檢查過程中需要在支架下使用長鉆才能有效，通過合理的檢查才能保證操作效率和操作人員安全[3]。

②運輸過程中的安全措施

在運輸過程中，小型起重機應遵循相關的保險功能，以使用小型起重機進行運輸。在使用過程中，如果需要維護，應注意頂板的狀況，以防止頂板跌落并造成人員傷害。如果在設備的維護過程中頂板掉落，應盡快采取針對性的適當措施，相關人員應提前準備維修材料，可以根據現場條件使用木材臨時支撐，以使頂板得到有效的加固。對于頂板的保護，可防止煤石掉落情況的發生，并減少施工人員的安全威脅。在煤巷塌陷中架設頂板木材的過程中，還需合理檢查和控制瓦斯含量，以滿足空氣質量符合開采的要求。對于區域支架中的活性煤和巖石，需要使用長柄工具切割頂部的活性煤，并且這個過程必須由經驗豐富的人員來操作，頂板必須做得符合相關的要求，并且在兩側均應提供支撐[4]。

(6)留巷圍巖變形分析

在工作面生產時間期間，采用鉆孔和切割的方法來保護巷道，并采用巷道安裝網的組合支撐方法，以及電線桿和密集的木樁等。使用巷道加固支護方法可以有效控制巷道周圍巖石的變形，根據圍巖變形的統計數據分析，沿該層停留期間，表明采石場采取了圍巖控制措施，使輸送線和頂面剪切鉆進方法有效地防止了頂板巖石層的塌陷。在等待期間，運輸巷道的圍巖變形主要是由于路基的高度所引起，造成這種情況的主要原因是路面上的泥土。礦井工作面中的礦井壓力和水參數普遍，巖性較軟，受其影響將會造成底板變形嚴重。采用鉆孔剪力頂板結合錨網索、木樁和密集點支護的方法，以獲得更好的抓地效果。

(7)巷內支護

高預應力適合在巷道上進行基本支護，沿采空區巷道上的圍巖。在堅硬的頂板條件下，沿空巷道頂板的穩定性很好，并且頂板支撐也更容易。原始巷道的總體承載強度很低，因此需要專業人員進行加固支撐。螺栓支架作為一種普遍使用的支架，可以有效地提高圍巖的承載力，特別是高強度螺栓支架，有利于圍巖的穩定性。小直徑高預應力錨索增加了層頂錨固在一起的強度，即錨索的高預應力可防止或減緩頂板的分離和坍塌。根據現場實踐，確定應在碳層的側面加固高強度非縱向螺紋鋼螺栓，并應加固頂板錨索，以增加碳層的承載能力，改善頂板的完整性和穩定性。支撐的高強度可以控制沿采空區嚴重變形的巷道上的加固支撐。隨著填充物涌入路邊，頂板的懸垂面積增加，圍巖的應力變得嚴峻，沿主干道和巷道兩側的頂板變形很大。上方關鍵基礎屋面板的穩定性決定了周圍巖石的變形,巷道上的主要支撐物無法控制巷道的平衡。為了適應采礦過程中由于圍巖劇烈運動而產生的動壓力，必須在巷道上采用加強支撐，并使車道遠離工作面。

(8)巷旁支護

在堅硬的頂板條件下，很難在巷道主體上直接切入基礎頂板，必須足夠堅固才能直接切入頂板巖石層。這就要求填充墻具有快速的強度增長特性，并且從填充開始到最大強度的增加，必須適合頂板下垂和壓力時間。同時，沿采空區分開的道路的使用填充墻，并且還需具有一定程度的收縮性能，以避免在頂板的巖石層旋轉和下沉時損壞道路旁的填充墻。必須在不同條件下對頂板施加某些臨時支撐，以確保施工人員的安全和足夠的操作空間。同時，由于堅硬的頂板，路邊填充物難以直接切穿上層頂板，因此考慮在路堤區域增加錨固線以減小填充物壁的壓力，并且也有效減少頂板旋轉和倒塌。堅硬的巖石層具有高強度和完整性，不會形成裂縫，推進工作面后，頂板面積很大，頂板巖石層不斷旋轉并下沉以壓縮填充壁。當路堤壁的變形接近于過大的值時，它易不穩定并導致道路退化。因此，當靠近填充墻不能切割上頂板時，需要手動頂棚，以避免填充墻的過度變形和支撐功能的喪失。

3.結束語

綜上所述，在較厚的煤層中，采用綜放開采鉆孔切頂留巷支護技術可以確保作業的效果和安全性。因此，有必要弄清并應用實際工程條件和煤巖力學參數條件。此外，在綜放開采中，有必要采取相關的安全措施，并確保煤炭采收率。