煤礦采掘中的高強支護方案分析

馬曉輝

（山東能源兗礦能源兗煤菏澤能化有限公司趙樓煤礦，山東 菏澤 274705）

巷道支護是巷道持續有效使用的前提，確保支護的有效性對于確保整個礦井生產安全至關重要。特別是對于一些新建礦井而言，初期巷道支護方案的設計往往難以貼合巷道圍巖控制實際需求，導致巷道使用過程中出現圍巖變形，影響巷道的正常使用。鑒于此，相關人員應充分結合礦井生產實際，對原有支護方式進行優化改良，探究總結應用效果良好的采掘高強度支護方案。

1 高強支護技術原理

固定技術是指通過專門的設備或工具保護建筑工地。高強支護技術是在傳統支護技術基礎上的一次升級改造，其實用性、經濟性、安全性相對較高。因此，在煤礦采煤掘進工作中得到廣泛應用。作為一種較為先進的技術，高強支護技術沒有再采用傳統的支護原理，而是通過與實際情況的結合進行了相關設計與改進。通常情況下，需要對支撐直徑的承載力、固定承載力進行充分考慮。要求防雷螺栓設計必須與相關規定要求相符，同時，按照煤礦開采的深度等條件確定最終的設計高度。一般在負荷較低或一些地質問題不突出的煤礦使用普通的螺栓，實際開采中，還需要結合實際的支護技術，從而提高巷道結構的穩定性，充分發揮支護技術優勢，達到預期支護效果。高強支護技術往往用于內部礦井通道的上部支架，這種情況下，即便是通道上部變形也不會對支護的穩定性造成不利影響。同時，還要合理使用輸送機，確保可以減小通道頂部的集中壓力。在煤礦采煤掘進工作中合理應用高強支護技術，可以保證地表穩定，還可避免爆破過程中巷道出現變形等問題，能夠進一步提升巷道的安全性[1]。

2 高強支護技術應用現狀分析

在目前的煤礦采掘施工過程中，高強支護技術的有效應用能夠取得較為明顯的效果。但是相對而言，高強支護技術的應用發展時間較短，未能廣泛普及應用到高應力巷道與沿空巷道支護當中。在高應力巷道實際開采過程中，許多影響因素會導致巷道頂部產生較大形變，以及產生收縮形變問題，對井下采煤作業的順利進行產生較大影響。同時，高強支護技術的應用在監測機制構建、落實方面存在諸多不足，不但無法實現對安全施工的有效預警，而且應用不當還會給采煤作業帶來不良影響，甚至導致較大的經濟損失。在進行沿空采掘施工過程中若是缺乏對高強支護技術的有效應用，就無法對巷道進行有效加固，從而導致巷道產生嚴重變形。再者，在回采作業當中如果巷道加固效果不佳，巷道出現嚴重變形導致斷裂面收縮增長，也會對采煤效率造成較大影響，甚至會引發安全施工問題，導致經濟損失乃至人員傷亡。這就要求采煤單位在實際應用過程中必須對監測機制的構建與落實予以高度重視，在落實有效支護措施的同時，構建起高強支護監測系統，并充分發揮其監測作用，保障采煤安全，提高采煤經濟效益[2]。

3 采煤掘進中常用高強支護技術應用分析

3.1 噴射混凝土支護技術

在煤礦采煤掘進的過程中，對采煤掘進工作面進行安全性的保護是高強支護技術的關鍵作用。在高強支護技術中，噴射混凝土支護同樣是一種較為常見和常用的技術，通過不斷研究以及實踐證明，噴射混凝土支護無論是對煤礦巖層還是巷道，都發揮著較強的支護作用。噴射混凝土支護的噴射對象主要是干式混凝土以及水泥包裹砂漿，以此實現良好的支護效果。噴射混凝土支護的主要原理是，通過壓縮空氣，在煤礦巖層以及巷道表面進行混合物的噴射，進而有效加固煤礦巖層以及巷道，使煤礦巖層以及煤礦巷道得到穩定性的提高，最終使采煤掘進工作得到安全保證。在噴射混凝土支護技術正式使用之前，需要仔細勘察采煤掘進工作面的具體狀況，并根據勘測結果，進行計算和分析，保證參數的合理性，才能使噴射混凝土支護技術作用得到充分發揮，使煤礦采煤掘進工作實現較高的安全性。

3.2 預留煤柱支護技術

預留煤柱支護是較為傳統的高強支護形式，尤其適用于對煤礦巷道上、下區段的支護。預留煤柱支護技術的應用在操作方面較為簡單便捷，也能取得較好的應用效果。尤其是一些礦井的通風條件與排水效果較差的巷道掘進會對采煤工作造成較大影響，采用預留煤柱支護技術能夠有效緩解、解決這些問題。但是預留煤柱支護技術在實際應用過程中也存在應用成本較高、巷道后期維修難度大等不足。所以，在具體應用過程中應結合礦井巷道實際情況分析對預留煤柱支護技術的應用進行合理選擇[3]。

3.3 光爆錨噴網技術

在煤礦采煤掘進工作開展中，光爆錨噴網技術屬于一種具有廣泛應用范圍的高強支護技術，其主要原理在于以錨桿作為加固拱，能夠有效加固煤礦巖層，進而加大巖層的穩定性，同時可以使圍巖得到抗剪力的增加，有效增加巷道支護的整體強度。在巷道最深的圍巖處，有效設置加固拱結構，能夠使圍巖在一定程度上提高穩定性，進而防止圍巖上方出現巖層變形以及松動等情況，為采煤掘進工作過程中的安全建立牢固基礎。在采煤掘進過程中針對光爆錨噴網技術進行應用，對于可能發生散落情況的巖層而言，可以利用錨桿強大的懸吊功能，通過具有較好穩定性的圍巖結構來固定這些巖石，然后利用錨桿的支撐功能，有效支撐圍巖結構，進而使圍巖荷載得到降低，確保巷道具備一定的穩定性。此外，在光爆錨噴網技術的有效使用中，錨桿還具備了較強的補強作用，通過對煤礦巷道周圍進行錨桿的設置，便能夠使巷道結構得到完整性的保護，使巷道周圍的圍巖穩定性大大地提高，其原理在于錨桿能夠承擔起圍巖的一部分荷載，進而大大降低圍巖所承受的荷載[4]。

3.4 I 型或U 型支持技術

如果煤礦道路巖石層的穩定性差，道路上的峰值壓力高，道路出現變形，且變形嚴重，則可以選擇使用I 形或者U 形。無論是I 形支架還是U 形支架都可以使道路的穩定性最大化，從而為高效的采礦作業奠定安全的基礎。另外，I 形支架和U 形支架都具有易于維護的特征，例如發現支架問題，從而無法進行適當的維護工作時，且隧道支撐的效果受到了影響，則可以及時有效地對其進行維護[5]。

3.5 錨桿支護技術

當前，錨桿支護技術是在進行煤礦巷道建設活動時使用頻率最高、運用范圍最廣的支護方式。使用該技術，可以實現煤礦資源的開采速度與質量的有效提升。在巷道的建設過程中，不可避免地會存在部分區域的形狀變化以及產生裂縫等問題，如若不能對此類問題進行及時治理，已存在的問題將會進一步惡化，導致影響到煤礦巷道決定施工的整體作業水平。在進行支護作業的實踐工作中，工作人員需要確保圍巖周圍所實施的壓力保持在同一水平線上，進而防止其出現形狀被改變或產生裂隙的現象。在實際運用過程中，可以使用運力更大的高強度錨桿，以輔助巷道建設的支護工作展開，進而更好地降低圍巖產生裂隙與發生形變的概率。提高錨桿的預應力也在一定程度上影響到整個支護工作的運用成效。為達到理想的預期水平，各項輔助性工程的質量也需要得到相應的提升，選擇質量更優的托板與金屬網等支護設備，與錨桿的預應力的擴充相協調[6]。

3.6 聯合高強支護技術

相比其他支護技術，聯合高強支護技術的特點在于主動性、綜合性強，可以與其他技術進行充分結合，顯著提升支護效果。

3.6.1 主動性

在還未出現變形、塌陷等條件下，利用聯合高強支護技術可以主動支撐煤礦巷道圍巖，從而起到巷道圍巖穩定與安全的作用。然而，想要使用聯合高強支護技術，還需要提前制定一個合理的支護方案，了解巷道圍巖的預應力和垂直應力等，這樣才能最大限度地提升巷道的安全系數。

3.6.2 綜合性

綜合性也是聯合高強支護技術的一大特點，通過此項技術可以將各類支護技術進行綜合利用，并能夠取各項技術之所長，克服掉其缺點。例如，錨背支護、型鋼架支護的聯合使用等，這種聯合支護方法，在增強巷道圍巖穩定性方面效果極為明顯。在具體應用中，對于煤礦巷道內部的深部位置變形等情況，通過聯合高強支護技術同樣可以得到很好的解決。比如，將錨背支護設置到巷道頂部和側面等處，可以起到巷道內、外部支護協同錨桿支護的效果，能夠從不同角度進一步提升對巷道的支護效果[7]。

3.7 棚式支護技術

在進行煤礦巷道的施工建設以及煤礦開采作業期間，會使用到以鋼筋、木材、混凝土為主要材料的城市支護方式。其材料的構成相對較簡便，需要投入的成本低，使用起來的靈活程度也較高，并且具有較高的穩固性。其所具備的優勢較多，不足之處就是在實施過程中被動性較強。

4 高強支護技術的應用措施

4.1 完善前期地質分析工作

為了保證采礦作業不對周圍地質環境造成影響，在進行采礦工程建設之前需要對地質環境進行勘探研究。結合目前科學技術的發展，需要對勘探技術進行一定的優化，借助系統性的勘探工作來發現地質環境中不利于礦產開發的元素，及時有效地進行處理，確保采礦作業的安全程度符合標準。在國際社會上，有關地質結構勘探的設備系統在不斷升級，且我國的技術設備也在進行完善推進，將更為貼合實際的技術內容進行應用實踐，確保地質構造和地質環境符合開采建設需要[8]。

4.2 掘進技術的應用

礦區所處的地質環境和地質結構十分復雜，受多種邊界條件的影響，出現了褶皺、斷裂和節理現象。上述地質構造也對采礦工程巷道掘進技術產生了較大的影響，進而產生不同程度的安全和質量隱患。所以在礦區巷道掘進施工中，加強了地質勘探、瓦斯排放、通風防塵、巷道排水、通風防塵及機械化掘進等多項管理工作，以全面維護工程建設和施工的質量與安全。

4.3 管理設備質量

在巷道掘進施工過程中涉及的施工設備較多，為了保證工程質量需要對各類施工設備進行質量檢測，確保其使用性能達到標準要求。為了更好地確保設備質量，采礦工程建設單位需要設立相關管理單位，對設備質量進行統一化管理，根據不同設備的施工質量需要，對其進行分類，將不同管理標準應用到實際工作當中，提高設備使用過程中的工作效率，確保工作質量，更快更好地完成安全設施建設，為煤炭采礦工程提供更多幫助。在設備使用時需要遵循設備使用步驟進行工作，在不使用時，也要按照規定要求進行質量養護，避免人為因素造成設備質量受損[9]。

4.4 完善巷道掘進

礦區地質環境與環境特殊性尤為明顯，如無法保證巷道掘進施工設計的合理性，就會極大阻礙巷道掘進的有序進行，甚至引發嚴重的安全隱患。巷道掘進施工中，如掘進裝置及技術滯后，則會在很大程度上阻礙掘進施工的有序開展。所以在巷道掘進施工中，必須嚴格遵守巷道掘進施工的制度要求，采用多道工序交叉作業的方式，提高巷道掘進效率。由于礦區環境十分特殊，故而需同時開展巷道掘進和巷道支護，以此保障巷道掘進安全，縮短支護施工的時間，促進整體施工作業的高效開展[10]。

5 結語

道圍巖變形是煤礦井下回采作業中不可避免的問題，采用有效的支護方案實現對巷道圍巖變形的控制，是提升礦井生產安全性及綜合效益的必要舉措。礦井管理者必須高度重視，在生產中積極組織專業人員，及時開展針對性的探究，總結適應性良好的采掘巷道高強度支護方案，實現對巷道圍巖的有效控制，為礦井生產的持續有效開展提供有效支撐。