煤礦采煤掘進工作中高強支護技術的應用探討

王曙光

（中煤新集二礦，安徽 淮南 232000）

1 高強支護技術及其應用特點

1.1 高強支護技術概述

采用高強度支護技術，在靶區(qū)建立高強度支護，以保證靶區(qū)更安全、更穩(wěn)定，并有效地應對靶區(qū)可能發(fā)生的各種塌落、變形等問題。隨著我國煤礦資源開發(fā)利用的深入程度越來越高，面臨的情況也越來越復雜，在煤礦資源開發(fā)利用過程中，煤礦資源開發(fā)利用的重要性也越來越突出。在目前煤礦采煤掘進工作中，經常會應用鋼筋混凝土柱、錨桿以及鋼絲網等各種處理手段，可以根據不同的情況，采取與之相適應的處理方式，從而更好地強化相應煤礦采煤區(qū)域的穩(wěn)定性。在目前階段，樹脂錨桿作為一種比較重要的一種高強支護技術應用材料，也要給予足夠的關注，讓它可以更好地服務于煤礦采煤掘進工作，確保相應工作面的穩(wěn)定性和可靠性。

1.2 高強支護技術的應用特點

在煤礦回采中，采用高強度支護技術，能夠更好地對圍巖進行整體支護，確保煤巷中的巷道及圍巖受到有效的支護，達到理想的高度穩(wěn)定狀態(tài)，為煤礦的正常生產提供了有利的條件。從煤礦采煤掘進工作中高強支護技術的應用特點上來看，其主要表現如下：首先，高強支護技術的應用可以更好地確保掘進工作面的穩(wěn)固性，提高巷道及其工作區(qū)域的安全性和可靠性，尤其是對以往經常出現的一些松散和有坍塌隱患的地區(qū)，更是可以通過高強支護技術的應用獲得較為理想的安全保障效果。與常規(guī)支護結構比較，高強支護技術的穩(wěn)定性更好，必然可以適應目前日趨復雜的煤礦采煤掘進工作面及其巷道，最大程度地降低安全事故的發(fā)生概率。其次，高強支護技術應用更為便捷、高效，尤其是在煤礦下，因地質條件更為復雜，對高強支護體系的構建提出更高的要求，使得高強支護難以達到預期的防治效果。高強支護技術可以顯著地簡化施工處理過程，它能夠在一定的高強度的組件的幫助下，在煤礦的采煤掘進工作面及其巷道中進行迅速裝配，形成一種更加高效、可靠的高強支護結構，整個過程的工作強度不大，方便技術人員的操作和實施。除此以外，高強支護技術在煤礦采煤掘進工作中的應用還可以產生較高的經濟效益，它不但可以通過防治安全事故來降低經濟損失，而且還可以在高強支護體系的構建上，表現出較高的經濟效益，整體操作更加高效便利，不會出現較高的材料費和人工費。在對高強支護體系進行長時間的維護與養(yǎng)護時，通常也不會有太大的投資，能夠達到一勞永逸的效果，從而進一步提升高強支護技術應用的經濟效益，極具推廣價值。

2 煤礦采煤掘進中采用高強支護技術的優(yōu)勢

我國擁有豐富的煤礦資源，在早期階段，煤礦的開發(fā)以淺部及相關的深部煤層為主，因其開發(fā)區(qū)域的局限性，導致煤礦的掘進程度較低。隨著開采區(qū)地質條件的日趨復雜，開采過程中各種開采安全事故頻發(fā)。根據不同的煤層特點，合理地選取合適的煤層支撐方式，是保證煤層安全的重要途徑。高強支護技術的技術優(yōu)點是：①它在煤礦資源區(qū)的巷道和巖石的支護中具有更好的作用，可以保證安全高效的施工。②高強度支撐技術對費用的要求較低，具有較好的技術性能價格比。③與該煤礦的高強度支撐技術和裝備相匹配，在布置上比較簡單，更加方便施工和作業(yè)。

3 煤礦采煤掘進工作中應用高強支護技術的主要問題

在煤礦采煤掘進工作中，經常使用技術的是噴射混凝土支護技術，它可以對所有的施工工序進行覆蓋，在實際應用中，最常用的是水泥包沙支護和干噴兩種形式。干式噴射是將混凝土、速凝劑、水泥等進行混合，再加入水形成可噴射的漿液，從而對混凝土進行強化。這一部分的技術要求比較高，對水泥、沙子、壓縮空氣等元素的運用，都要符合試驗的要求。另外，由于礦區(qū)地質結構和周圍環(huán)境的不同，由于采掘條件的嚴酷，造成支護技術的失敗現象時有發(fā)生。高強度支護工藝與煤礦的開采工藝關系密切，但同時也是一個容易發(fā)生事故的部位。在煤礦中，采用的高強度支護技術在創(chuàng)新性方面并不是很好，在實施特定的支護時，很容易造成煤礦開挖區(qū)的裂隙和整體的滑移，從而造成巖石松動或開挖區(qū)的坍塌。由于高強度支護技術的隱蔽性和高強度支護工藝的復雜性，使得開采區(qū)的地質條件和工程匹配容易產生偏離，從而會降低煤礦開采的安全性。

4 煤礦采煤掘進工作中常用的高強支護技術

4.1 光爆錨噴網高強支護技術

利用錨桿支護的拱形效應，可以提高支護結構的支護強度，從而提高支護結構的抗剪強度。在煤礦的深部圍巖位置增設加強拱結構，可以加強該段圍巖的穩(wěn)定性，同時也可以避免巷道的上部圍巖變形、松動，從而更好的保障巷道在采礦工作中的掘進效率和作業(yè)安全。而且，錨桿還有一定的懸掛作用，它可以將塌陷的巖石固定在上面比較牢固的巖石上，用它來支撐塌陷的巖石，從而承受住塌陷的巖石的重壓。此外，錨桿支護還有著一定的加固作用，在圍巖巷道圍巖中布設錨固，能有效降低深部圍巖的承載能力，增加其強度，降低其承受的拉壓應力。在高強支護技術中，將對應的錨桿支撐在分層的巖層上，這樣就可以將對應的薄層巖石組成對應的梁，從而增強巷道本身的受力能力，保證巷道在工作中的安全[1]。

4.2 噴射混凝土支護技術

超高壓噴射混凝土是指采用水泥包砂、干噴的一種新型的混凝土支護工藝。干法噴射混凝土支護技術是將水、混凝土、水泥、速結劑和噴砂機混合后，將其噴灑到煤礦巷道的圍巖壁上。所謂的“水泥包”，就是用水泥包住沙子，然后用壓縮空氣將沙子噴到煤礦巷道周圍的巖壁上，起到加固作用。在采用高強度支護技術前，采煤隊通常要制定出一套合理的施工計劃，并根據該計劃選擇合適的施工方法。

4.3 錨桿支護技術

在巷道圍巖中，錨桿的作用機制為結合、連接和加固。①連通性。在不穩(wěn)固的情況下，可采用錨桿錨固，使其進入相對穩(wěn)固的地層中。②合并性。采用錨固方法，把對應的層狀巖石結合在一起，組成復合梁、復合拱，以避免巖石的坍塌、滑落。③要強化基層工作。錨桿群根據一定規(guī)律，通過對黏結巷道周圍巖石施加荷載，構成一個圓形的承載環(huán)，與普通的支撐框架不同，可以體現防御型支撐的特點。在實踐中，首先，要根據巷道的巖層特性和斷面形態(tài)，選擇不同的錨桿配置，并要綜合因素（巷道跟圍巖受動壓情況，使用年限，斷面現狀等）進行錨桿的設計。其次，要保證最小空頂距不超過1.5m，同時要及時噴漿，防止隧道支護結構出現分層、風化等問題。最后，在錨桿支護完畢后，做好檢驗工作[2]。

4.4 單體液壓柱支護技術

在煤礦掘進作業(yè)中，在使用高強支護技術時，最常用的方式為單體液壓柱，其使用主要是利用成型的單體液壓柱設備，對所需的支撐區(qū)域進行合理的配置，以獲得較好的支護效果。當采用單體液壓柱時，往往要特別注意三用閥的安裝和使用，在液壓注液后，可以得到較為理想的主體提升效果，在達到最優(yōu)高度后，可以對煤礦掘進工作面及相應的巷道起到良好的支護作用。由此可以看出，單體液壓柱的應用相對簡單、高效，在設置上也具有很大的靈活性，可以對各個需要支撐的區(qū)域進行靈活布置，從而在對高強支護工作量進行有效控制的情況下，達到所要求的高強支護效果。一般采用單柱式水平井，對其承載力提出很高的要求，一般情況下，單柱式水平井的初撐力大于90kN，以取得較為理想的支護效果。單體液壓柱的布置也要嚴格把關，尤其是在柱距、排距以及距幫等重要參數的設置上，要結合實際情況，對其進行準確的控制，一般柱距和排距應該在1m 左右。單個水力柱可以在幾乎所有的礦山中使用，沒有比較苛刻的使用條件，因而能被廣泛地推廣和應用，促進其成為高強度支護點柱，對煤礦的掘進作業(yè)起到比較好的保護作用。為了更好地提高單體液壓柱的使用效果，通常也可以將其與金屬關節(jié)式頂梁進行聯(lián)合使用，從而使對應的支撐體系能夠構造出更加穩(wěn)定、更加可靠、能夠發(fā)揮更大作用的支撐系統(tǒng)。此外，單體液壓柱在后續(xù)拆卸方面也有著明顯的優(yōu)勢，在煤礦開采工作結束后，不需要進行高強支護，就可以很容易地將單體液壓柱進行拆除，在合適的時間，將三用閥打開，就可以促使相應單體液壓柱的壓力消失，從而便于直接拆除，體現出較為理想的回收利用特性[3]。

4.5 預留煤柱的應用

在眾多的高強度支護方式中，保留煤柱是最為常用的一種，它主要用于上區(qū)段和下區(qū)段的交界處。采用預留煤柱法施工，施工方便，可取得較好的施工效果。一些煤礦的巷道具有較差的通風條件和較低的排水能力，這會給煤礦開采帶來很大的困難，而預留煤柱可以有效地解決上述問題。然而，該技術在實際運用中仍有諸多缺陷，如施工費用較高、后期維修困難等。因此，在具體的煤礦開采過程中，礦工們應該結合煤礦的具體條件，對各種高強度的支撐方式進行合理的選擇，從而使開采工作的經濟效益達到最大。

4.6 高強支護技術的創(chuàng)新應用

由于煤礦生產的特殊性，煤礦生產安全事故時有發(fā)生，而且死亡率較高。據有關資料顯示，在煤礦開采過程中，頂板破斷的概率最大，其致死率可達到50%以上。煤層頂板破斷的根本原因是煤層的穩(wěn)定性差，而高強度支護的作用就是提高煤層的穩(wěn)定性。在煤礦開采過程中，要根據具體條件，對高強度支護技術進行創(chuàng)新和運用，才能取得較好的應用效果。高強度支護技術就是在一定條件下，對巷道中的錨固體進行有效的保護，并保持其整體性，從而提高巷道的穩(wěn)定性。在常規(guī)的煤礦開采作業(yè)中，極易對巷道圍巖造成破壞。采用高強度支護可以使巷道內的地應力場得到改善。同時，對有關模具的品質進行嚴格的管理，可以在確保產品品質及成品率的前提下，大大減少有關模具的投入周期。在實際的采煤作業(yè)中，需要結合礦區(qū)的地質條件、自然環(huán)境等因素，準確的確定巖石中的錨固長度，從而確定最佳的支護方式。在確定支護模式之后，根據井下巷道的實際狀況，對支護模式進行綜合試驗，確保其能夠滿足設計要求[4]。

5 煤礦采煤掘進工作中高強支護技術應用注意事項

5.1 做好現場勘測

當在煤礦掘進工作中運用高強支護技術的時候，要想讓它具有更好的適用性，就是要在開展前期的現場勘查工作前，讓技術人員對煤礦掘進工作面和巷道有更深刻的認識，只有這樣，他們才能有針對性地選擇高強支護技術，并設置與之相適應的支護方案，這樣就可以防止一些不實用問題。這就要求技術人員要對煤礦的地質數據進行全面的分析，并注意對每一個不同的地區(qū)進行實地勘查，對松馳圈和頂板巖層的基本情況有一個了解，這樣才能確定高強支護技術的作用對象。當然，在開展實地勘查工作時，除要充分考慮巖層、煤層的特殊狀況之外，一般還應與煤礦掘進工作的需要緊密地聯(lián)系起來，確保煤礦掘進工作面和巷道可以為開采工作提供一個安全、可靠的工作環(huán)境，尤其要注意對空間尺寸的訴求，以免在后續(xù)高強支護處理過程中產生嚴重的干擾問題。

5.2 關注實時狀態(tài)

在煤礦掘進工作中，高強支護技術的應用還應注意對相關圍護結構的實時狀況進行全面的掌握，從而能夠及時地發(fā)現潛在的異常問題和病害，并采取相應的對策進行處理，防止出現惡性問題。例如，在高強支護技術應用的早期，經常會在相應的支護結構中產生裂縫，甚至是滑動的危險，這就要求技術人員對此給予足夠的重視，如果發(fā)現相關的問題，就需要對其進行及時的處理，并采取適當合理的修補方法，或再次進行支護作業(yè)，以達到徹底消除一切安全隱患的目的。在后續(xù)的長期煤礦掘進工作中，若高強支護體系發(fā)生異常的改變，或由于所處的環(huán)境條件發(fā)生改變而造成能力不足，則要對其進行及時的優(yōu)化調整，以提高高強支護效果[5]。

5.3 注重支護材料運用

在煤礦掘進工作中，高強支護技術的使用效果也與支護材料的最佳選擇密切相關，如果支護材料的質量有較大的問題，或者是種類的選擇不恰當，都會影響到最終的高強支護效果，所以應該把它作為施工技術處理的重點。例如，在使用錨桿支護方式的過程中，就應該對錨桿的選擇進行嚴格的審核，在保證錨桿自身尺寸和參數指標滿足高強支護的要求之外，還應該對其質量進行重點審核，并對其質量情況進行檢查，發(fā)現有嚴重不合格的錨桿，應當及時進行更換。

6 結語

綜上所述，在煤礦的掘進過程中，高強支護技術的使用是十分重要的，因為這關系到煤礦的安全，因此，技術人員需要結合煤礦的具體情況，選擇適當合理的高強支護技術，并對其進行優(yōu)化，使高強支護系統(tǒng)更加合理、更加可靠，可以最大限度地避免在煤礦掘進過程中存在的各種安全風險。