基于復雜地質條件的煤礦掘進支護技術研究

李世操

摘 要：通過分析指出，煤礦開采在地質方面的最大問題是：隨著開采水平向下延伸，地質構造將會更加復雜且頻遇斷層和水患等問題。針對這些情況，提出了錨網支護以及金屬拱形支架支護兩種方案，從監測模型、技術層面以及安全層面對比，認為采用錨網支護方案的整體優勢更加確切。

關鍵詞：煤礦；掘進；支護；復雜地質條件

煤礦開采過程當中，上下順槽支護形式多為木腿鋼梁或全鋼棚護，開采區域工作斷面以拱形以及梯形為主，棚距按照0.5m～1.0m標準進行控制。工作面超前支護采取單體或配合方木的方式實現。在本地區綜采工作面開采技術不斷應用與完善的背景之下，傳統意義上順槽所采取的棚子支護方案已出現大量的局限性（包括支護形式過于被動，無法實現對工作面頂板的有效支護，礦用鋼梁支護斷面受到一定限制，不能滿足日益擴大的設備及裝備要求以及掘進期間大量鋼材的運輸及回采巷道支架的回撤，不僅增加了作業量，而且嚴重制約掘進和回采進度，同時還為礦井輔助運輸帶來沉重的負擔等等）。

1 工程實例

當前，本煤礦共四個開采水平，其中正在掘進、開采的三水平采掘深度為-620.0m。根據現場調查資料數據來看，隨著開采水平向下延伸，地質構造較復雜且存在水患。從這一地域的地質條件來看，錨網支護以及金屬拱形支架支護均有適用性。但在技術、安全等層面上有所不同，需要謹慎選擇。

2 掘進巷道支護設計方案

（1）在以錨網支護作為巷道掘進支護設計方案條件下：采用Φ22mm、長2.0m高強錨桿配合Φ16mm的鋼筋梯子梁鋼帶及金屬菱形網護頂；采用Φ20mm、長2.0m等強錨桿配合Φ10mm的鋼筋梯子梁鋼帶及塑編網護幫；施工排距在0.6m～1.0m之間。加強支護：采用Φ21.6mm、6.5m～9.5m長的錨索（錨索長度取決與煤層頂板到穩定巖層之間的距離，要求錨索上部端頭布置在穩定巖層300mm以上），雙趟或三趟布置支護頂板。巷幫煤質較軟、斷面較高時，采用Φ17.8mm、4m長的錨索支護巷幫。

（2）在以金屬拱形支架支護作為巷道掘進支護設計方案條件下：采用25U型或29U型開式金屬拱形支架配合木質小板或水泥背板及塑編網進行支護，支架與頂板及巷幫之間的空隙采用木料填充，施工棚距為600mm或800mm。

3 掘進支護方案綜合分析

3.1 監測模型的構造

在兩種不同的掘進巷道支護方案作用之下，對錨網支護巷道的監測參數主要包括頂板離層監測、巷道收斂變形速度（通過十字布點方式觀測以及錨桿拉拔實驗這幾個方面；對金屬拱形支架巷道的監測參數則主要通過十字布點的方式對巷道收斂變形情況進行觀測。圖1所示為錨網支護方案與金屬拱形支架支護方案所對應的變形速度示意圖。

所對應的變形速度示意圖

根據圖1來看，錨網支護方案與金屬拱形支架支護方案的支護原理存在一定差異，對于錨網支護而言，支護巷道初期變形速度較金屬拱形支架支護方案更高。而對于金屬拱形支架支護而言，由于支護過程中頂板通過木料插背，初期木料發揮讓壓作用，前期階段該支護方案下支架受力作用力較小，變形速度相對比較緩慢。但在木料完全壓實后，金屬拱形支架支護方案下的變形速度會明顯高于錨網支護方案下的變形速度。

3.2 技術層面的分析

首先，針對復雜地質條件而言，采用錨網支護能夠利于支護并對頂板起到良好的控制效果。與金屬拱形支架支護不同的是，錨網支護的整體優勢更加突出，而金屬拱形支架支護則是一種被動式的承載支護，無法起到主動支護巷道圍巖的目的并且必須要在圍巖結構產生一定量的變形后才能使金屬拱形支架的支護阻力發揮出來。但對于錨網支護而言，其對圍巖結構具有主動加載的能力，可以起到加固保護圍巖結構的目的，提高巷道掘進過程中圍巖結構的穩定性水平，同時對頂板支撐能力加以充分應用，對防治頂板離層也有重要效果。

其次，在錨網支護方案的實施過程當中，較少對工作面的作業產生影響。對于綜采工作面而言，順槽采用錨網支護。在工作面進入回采階段時，僅需要提前解除錨桿螺母，然后將液壓支架前移進行支護，基本不會對工作面進入回采的時間產生影響。但對于金屬拱形支架支護方案而言，必須提前對順槽金屬拱形支架進行回替，整個操作過程中涉及到了包括材料回收運輸等在內的多個操作流程，部分情況下需要滯留等待，更為關鍵的是在綜采工作面中還涉及到了改打支柱的環節，直接影響了工作面的回采工作進度。因此對比而言，錨網支護方案的優勢更加突出。

3.3 安全層面的分析

首先，在復雜地質條件下，應用錨網支護的優勢在于能夠快速且有效地預防工作面出現冒頂事故。同時，本工程中采用Φ22mm，長2.0m高強錨桿配合Φ16mm的鋼筋梯子梁鋼帶及金屬菱形網護頂，對頂板安全管理也有非常重要的價值。由于支護原理不同，對于金屬拱形支架支護方案而言，在被動支護的條件下，采動壓以及巖石結構自重等因素都可能對頂板造成影響出現離層，甚至是部分巖塊游離的問題，發生頂板事故的可能性大，且對頂板管理有著非常不良的影響。

其次，在錨網支護方案下，采用Φ21.6mm、6.5m～9.5m長的錨索，雙趟或三趟布置支護頂板、采用Φ17.8mm、4m長的錨索支護巷幫，省去了金屬拱形支架支護工藝中過于繁雜的勞動以及施工作業期間可能產生的危險源。

最后，在錨網支護方案下，工作面回采過程當中省去了回替拱形支架工序，減少了包括工作面支柱以及回柱在內的工作環節，對作業環境以及作業勞動強度而言具有一定的改善價值，從根本上減少了金屬拱形支架支護期間潛在的安全隱患。

4 結束語

文章對在復雜地質條件下煤礦掘進支護技術的選用問題展開了分析探討，分別提出了錨網支護及金屬拱形支架支護兩種形式，并從監測模型、技術層面以及安全層面展開對比分析，認為采用錨網支護方案的整體優勢更加確切。

參考文獻

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