近距離煤層復合頂板支護技術探析

摘要：本文主要研究現在礦區的近距離煤層，對采空區煤柱的穩定性進行一定程度的分析，在此基礎上對下部煤層巷道的位置進行合理的選擇，并給出巷道的支護方式及其相關參數，最后總結巷道中支護技術的應用所帶來的實際安全效益和社會經濟效益，以期其能夠得到更加廣泛的推廣和使用。

關鍵詞：近距離煤層復合頂板支護技術

1 對近距離下部煤層巷道位置進行合理的選擇

在現代礦壓理論中，通常認為對巷道中礦壓顯現程度起著決定性作用的是煤柱的集中應力，這也就是說，想要實現對巷道穩定性的控制，就要想辦法降低巷道中的應力。實際上，將巷道布置在低應力區是解決這一問題的根本途徑，而且，根據已有的工程實踐經驗，這一途徑的采用確實能夠對巷道維護起到極大的幫助作用。

進一步說，煤柱上集中應力的大小、方向等性質是由煤柱自身的結構和形態決定的。因此，在對近距離下部煤層巷道位置進行選擇時，要綜合考慮巷道頂板的破損程度、煤柱上集中應力的分布和方向等因素，并結合設計人員自身的經驗來進行最后的確定。

2 巷道中支護技術的應用機理

根據支護技術應用機理的不同，可以將支護技術細分為不同的種類，在此主要介紹兩種最為常見也是能夠在近距離煤層復合頂板的加固上進行應用的兩種支護技術，即架棚支護和錨桿與桁架支護。

2.1 架棚支護

頂板受到一定程度的破壞，頂板節理裂隙發育，這些變化都會導致頂板穩定性與承載力的降低。在礦體比較復雜或者是礦巖整體較大時，礦山受到壓力作用，其表面上的裂縫就會繼續擴展、放大甚至是完全破裂，此時礦山在自重與上層覆巖的雙重作用下產生下沉，最終導致金屬棚梁和棚腿的彎曲變形，工字鋼棚也會相應地發生變形，使得巷道的實際斷面發生變化，變低、變窄，不再符合安全生產的要求。

2.2 錨桿與桁架支護

當頂板的強度較小時，就容易產生彎曲變形，彎曲變形會產生進一步的抗拉、抗壓強度降低。因此，要完全保證巷道內的安全，對近距離煤層復合頂板進行加固是很有必要的，通過增加支撐力來提高頂板的承載力，通過對頂板的直接加固來提高頂板的穩定性。在對加固原理有了比較清楚認識的基礎上，可以考慮錨桿與桁架的組合支護，這項支護技術的應用能夠使巷道的穩定性和承載力得到更大程度的改善，下面簡述其支護原理：

2.2.1 高預應力錨桿支護通過加固頂板來增強頂板的抗彎強度，并與其共同組成穩定組合梁來實現更進一步的穩固，桁架的鋪設能夠起到相同作用，也就是說，桁架支護同樣是通過加固頂板實現保護作用。

2.2.2 在錨桿桁架預應力作用下，圍巖上每一根錨桿周圍都會形成規則的壓縮帶，壓縮帶的作用是承受自身重量并支撐上層覆巖。

2.2.3 錨桿桁架的配合使用能夠提高安全系數，也就是說，在某個別錨桿或桁架出現問題的時候，其他的錨桿或桁架就能夠繼續分擔失效部分的作用，使得整個支護作用更加安全可靠。

3 巷道中支護技術的相關參數

在明確支護目的的情況下來確定巷道中支護技術的相關參數，通常需要遵守以下的總體大原則：經濟上合理、技術上可行、安全上有保證、施工上簡便、效果上明顯。在實際進行參數確定時，還需要首先弄清楚巷道自身的實際參數，如上下幫高、寬度等，在此基礎上再對錨桿長度、間排距、錨固方式等進行一一的分析和確定，下面簡要闡述部分在確定過程中需要首要把握的點。

3.1 錨桿選擇：采用強度錨桿，其具體直徑、長度、預緊力等應根據實際要求來進行選擇，但其錨固力最低不應小于80kN。

3.2 錨固角度確定：在進行錨桿的布置時，要求其與頂板呈45°夾角，中間部分則應垂直于頂板。

3.3 間排距：排距1000mm，間距800mm。

3.4 錨固方式的選擇：使用加長錨固方式，錨固長度確定在1000mm。

3.5 桁架系統的確定：桁架系統需要配備以下附件：桁架托盤、水平錨索、桁架角和U型卡等。

3.6 巷道斷面：巷道斷面設計成梯形，其實際的凈斷面設計尺寸則需按照巷道自身尺寸來進行確定。

4 巷道中支護技術的效果分析

在巷道支護加固完成后，還需要掌握其實際的支護效果，有不良現象出現就需要進行有效的補救，還可以進行進一步的優化和改進。這一工作的完成就需要進行一系列的實驗來對支護質量進行檢測，包括圍巖表面上的位移、頂板觀測等，需要得出的數據包括底板變形量、頂板下沉量和巷道兩幫變形量，將得到的數據進行客觀的加工處理，做出易于呈現和讀取的變化關系圖，以便于分析和后來的查證。

5 巷道中支護技術的經濟效益分析

在任何一項工程中，成本、利益之間的平衡和優化都是不得不重視的問題，畢竟對于煤礦工程而言，經濟利益是最根本的目的。下文中將就其直接利益和間接利益進行分別的探討。

5.1 直接利益

巷道中的支護成本主要是支護技術本身的費用和其他相關的費用。巷道技術自身的費用主要是三個大的方面：一是相關材料，如絞線、工字鋼等購進所耗費的資金，二是這些材料的運輸費用，三是這些零件進行安裝、放置的費用；其他相關費用則主要是指巷道支護完成后在其服務期內的相關費用，如維修費、折舊費等。因此，我們在這里所說的直接利益，簡要來說，節約成本就是提高收益。因此，在進行材料的選擇、安裝的控制、維護的保障時，都要站在成本與利益的高度上來進行。

5.2 間接利益

在進行巷道支護中，間接利益的獲得建立在技術和效率高度上，主要包括四個方面的具體內容：效率與工期的控制，運輸量的協調與控制，安全性能的保障和速度的控制。在這些方面下工夫做好，就可以間接地提高收益。

6 結語

支護技術的優化和改進，是巷道支護技術上的重大突破。我們可以看到，主動支護技術能夠起到相應的作用，能夠保證巷道在受到強烈破壞時不至于發生太大的變形和損壞，有保障安全的能力。且技術先進、可靠性高、經濟效益突出，不能預見，在我們進一步的共同努力下，支護技術在近距離煤層復合頂板上的應用，是會有新的突破和進步的。

參考文獻：

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