煤礦掘進支護問題及應對方法分析

周博

摘 要：支護技術在煤礦巷道掘進中起著關鍵性作用，文章首先介紹了煤礦巷道的當前發展趨勢，以及支護技術的發展，然后闡述了兩種常用的方法，最后分析了煤礦支護成套技術的應用。

關鍵詞：煤礦掘進支護；錨桿支護

中圖分類號：TD236 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）11-0176-01

煤炭是我國的主要能源，隨著經濟的發展，生活生產對煤炭的需求量大幅增長。煤礦開采也就顯得尤為重要，國內露天煤礦資源有限，且已基本開采完。地下開采成了當前和以后的主流方向。煤礦形成區的地質條件較差，礦井作業難度較大，在實際開采掘進中常會有坍塌事故發生，影響開采量，而且對作業人員的生命安全構成嚴重威脅。礦井開采需要挖掘巷道，為提高運行效率和開采的安全性，必須做好掘進支護工作，保證巷道的暢通穩定，為作業人員提供一個良好安全的開采環境。

1 煤礦掘進支護現狀

1.1 煤礦巷道

國內80%的煤礦都位于地下，開采時需挖掘特定的通道，用以通風排水、煤炭運輸，即為巷道。而礦井條件較為惡劣，易發生巷道坍塌事故。為此，必須保證巷道的安全。隨著煤礦開采的深入，巷道布置呈現出新的發展方向：

①就層位來講，為加快掘進速度、縮短工程周期，永久性巷道逐漸實現了巖巷到煤巷的過渡。尤其是放頂煤開采技術的發展普及，使回采巷道從以前的巖石頂板巷道向煤層頂板巷道方向邁進；

②就回采巷道數量來講，由于礦井規模擴大，大型礦井數量增加，為滿足其通風和運輸要求，單巷布置越來越少，多巷布置越來越多；

③就巷道斷面形狀來講，為充分利用斷面，并提高掘進速度，傳統的拱形斷面逐漸減少，矩形斷面日益增加，在提高煤礦開采效率和質量方面發揮著積極作用。而且巷道的斷面越來越大，大型采掘設備能夠將作用發揮到最大；

④就巷道賦存條件來講，巷道不斷向深處發展，使得地質條件越來越復雜。

從以上發展趨勢可看出，巷道潛在的風險愈發突出，掘進支護難度更大。這就要求必須對掘進支護技術加以改進創新，適應各種高難度礦井開采，維護巷道的穩固。

1.2 煤礦巷道掘進支護

巷道支護是地下煤礦安全開采的關鍵，在長期發展中，支護技術不斷更新改進，支護材料也由最初的木材、砌碹、型鋼演變至當前的錨桿支護。國內的錨桿支護技術開始于20世紀50年代，當時以鋼絲繩砂漿錨桿、機械錨固錨桿、快硬水泥錨桿等為主，它們均屬于被動支護，強度和硬度較低，若地質較為簡單，這些技術非常適用。可一旦地質變得復雜，這些技術很難起到實際作用。經不斷探索，并引進國外先進技術，高強度的錨桿支護漸漸流行，得到了廣泛應用。隨著開采難度的加大，強力錨桿和高預應力錨桿支護技術被研發出來，實現了主動支護，更加注重完整的支護體系。

錨桿支護在當前煤礦巷道中應用最為廣泛，通過提高巖體強度和粘聚力，可有效解決巷道圍巖張裂、滑移的問題。同時，在開采中還逐漸形成了“三高一低”的支護理念，對支護的剛度、強度、可靠性以及支護密度尤為重視，使得掘進效率大幅提升。國內多數煤礦都采用的是錨桿支護技術，并形成了一套系統化的錨桿支護成套技術，同時制定了相應的技術標準和制度，以推動該技術進一步發展。

2 煤礦掘進支護中的問題及應對方法

除了上面分析的因巷道改進加大了支護難度，在煤礦掘進支護中，還存在有一些問題，如支護設備質量缺陷，更新不及時，機械化程度較低等。所以在實際開采中，應充分認識到支護的重大意義，并采取相應的解決措施。

2.1 吊環式前探梁的應用

臨時支護選擇3根吊掛前探支架，采用π型鋼材制作前探梁，長度至少為3 m，并用吊環將其加以固定。在這3根支架中，沿巷道中線設置一根，在距中線前探梁約1m處布置兩側的前探梁。為保持前探梁的穩定，每一根至少要設置兩個固定點。另外，前探梁與迎頭端面的距離應控制在0.35 m以內，并在梁上方使用專用的木楔、方木等；超前支護與兩幫端面的距離同樣應控制在0.35 m以內，且梁的強度應和吊環相匹配。必須確保吊環都是牢固地安裝在錨桿上，錨桿有60 mm的絲扣，防止出現吊環松動的現象。

2.2 吊鏈式前探梁的應用

同樣是選擇3根吊掛前探支架作為臨時支護，并選擇π型鋼作前探梁的制作材料，至少長3 m，然后用吊鏈加以固定。該技術與上一技術類似，不同的是兩側前探梁可布置在離中線前探梁1.2 m處。架設前的準備工作包括敲幫問頂，將浮矸活石進行徹底清理，而后節能型前探梁的搭設工作。另外，為降低安全隱患，開采工作和所有作業的實時都必須在有支護的環境中開展。

3 錨桿支護成套技術在煤礦掘進中的實際應用

該技術靈活型好、容易操作，設備裝置較少，加上其屬于主動支護，在質量上有良好的保證，可提高圍巖強度，保證巷道的暢通。此外，其還具有節約環保的功能，成本相對較低。值得推廣應用。

3.1 錨桿支護的材料

選擇何種材料是錨桿支護發揮其作用的前提，材料優劣與支護結果有關，傳統的支護材料強度較低，逐漸發展成為高強度以及高預應力。在過去的煤礦作業中，經常會使用普通的Q235圓鋼黏結式錨桿，當前在少數礦區依舊有所應用。然而，現代煤礦開采條件越來越復雜，以往的材料難以滿足新的要求，因此研制出許多新型材料的錨桿。如高強度螺紋鋼錨桿支護系列材料。通過桿結構與形式優化，可使錨固效果有明顯的提升；開發錨桿專用鋼材，可達到高強度和超高強度的級別。在預應力錨索支護方面，目前已生產出專用于煤礦開采的大直徑、高噸位錨索，其直徑最大有22 mm，能夠拉斷重600 kN。

3.2 錨固與注漿聯合加固技術

在松散破碎的煤巖體中挖掘巷道，如果只采用錨桿支護技術，可能達不到理想效果。在新建或維修損壞的巷道時，僅使用錨桿支護技術同樣會影響到支護效果。因此，在實際工作時，應與其他技術相結合，如注漿技術等。結合巷道特點，開發出不同形式的注漿錨桿，在破碎煤巖體中，還引進研制出鉆錨注加固技術，解決了難成孔的破碎煤巖體加固難題。在小孔徑樹脂錨索的基礎上，研制出樹脂與注漿聯合錨固錨索。通過對注漿參數的控制，可起到加固的目的。水泥基材料是常用的主將材料，因圍巖條件復雜多樣，另外還有各種類型的化學加固材料，包括聚氨酯、脲醛樹脂等。

4 結 語

在經濟的推動下，我國煤炭采礦事業取得了很大進步，同時卻也愈來愈復雜化，如巷道掘進深度更深等。巷道是地下采煤中的重要組成部分，直接關系著開采效率和作業人員的安全，為實現巷道的安全暢通無阻，有必要引進先進的支護技術來不斷完善。

參考文獻：

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