關(guān)于煤炭井下巷道掘進頂板支護的研究

李長浩　殷超

摘要：我國在近些年中，頻發(fā)煤礦事故，造成了嚴重人員傷亡和財產(chǎn)損失。其中，煤炭井下巷道掘進頂板事故為重要事故類型。因此，本文主要就煤炭井下巷道掘進常用頂板支護方式，即錨索支護、礦用型鋼支護、預(yù)留煤柱支護、可伸縮支架支護，加強煤炭井下巷道掘進頂板支護控制技術(shù)應(yīng)用方法，即開展支護作業(yè)有效準備、加強支架強度、提升掘進工藝加大設(shè)備投入等內(nèi)容進行論述。

關(guān)鍵詞：煤炭井下；巷道掘進；頂板支護

煤礦井下巷道掘進作業(yè)中，如果頂板支護不到位會造成巷道周邊圍巖出現(xiàn)一些問題，產(chǎn)生出不必要的質(zhì)量和安全問題，嚴重影響煤礦井下巷道掘進作業(yè)進度。因此，專業(yè)化人員需要利用高質(zhì)量頂板支護方式，有效準備各種支護材料、小型機械設(shè)備，合理安排施工作業(yè)人員，提升煤礦井下巷道掘進頂板支護技術(shù)應(yīng)用水平。

一、煤炭井下巷道掘進常用頂板支護方式

（1）錨索錨桿支護。

在煤炭井下巷道掘進頂板支護作業(yè)中，錨索支護與錨桿支護是重要方式。它們在操作中主要應(yīng)用的構(gòu)件有：錨索桿體、錨桿桿體、錨索托板、錨桿網(wǎng)等。其中，錨索托板主要功能是實現(xiàn)錨桿尾部、錨索與圍巖有效接觸，為整個錨索、錨桿應(yīng)用提供一個預(yù)緊力，有效改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)，避免圍巖出現(xiàn)離層、滑動問題。同時，錨桿網(wǎng)主要功能是實現(xiàn)錨索錨桿支護方式在圍巖周邊形成一個穩(wěn)定的荷載，防止圍巖發(fā)生變形問題，提高了煤炭開采作業(yè)質(zhì)量，提升了煤礦的經(jīng)濟效益。

（2）礦用型鋼支護。

礦用型鋼具有抗壓能力強、抗拉水平高、抗剪效率強、韌性良好的特點。在整個煤炭井下巷道掘進中應(yīng)用礦用型鋼，具有良好支護性能。比如：第一，具有良好可塑特點的支架可以保障整個圍巖周邊形成有效滑移集合形狀、保持型鋼穩(wěn)定受力狀態(tài)，保持足夠大的接觸面積。第二，礦用型鋼具有足夠的負載能力，保持截面抵抗矩具有相近數(shù)值，形成良好支護效果。

（3）預(yù)留煤柱支護。

預(yù)留煤柱支護方式主要是專業(yè)人員合理應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、計算機技術(shù)、人工智能技術(shù)大致確定預(yù)留煤柱寬度，并且進行支護埋深的科學(xué)測算，在水平原巖保持8到9MPa應(yīng)力、在垂直原巖保持14到15MPa應(yīng)力，應(yīng)用高強度支護材料提升預(yù)留煤柱支護質(zhì)量，保障煤礦生產(chǎn)作業(yè)安全。

（4）可伸縮支架支護。

在整個煤炭井下巷道掘進頂板支護中，可伸縮支架收縮負荷承載能力就是實際承載力。因此，專業(yè)化人員需要加強可伸縮支架材料應(yīng)用水平，保持主要構(gòu)件之間具有穩(wěn)定連接狀態(tài)，提升巷道支架工作性能。同時，支護作業(yè)人員需要提升支護材料極限承載能力，即優(yōu)化巷道支架塑性變形結(jié)構(gòu)[1]。

二、加強煤炭井下巷道掘進頂板支護控制技術(shù)應(yīng)用方法

煤礦所在地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造條件、巷道頂板固定方式等因素嚴重影響到煤炭井下巷道掘進頂板支護質(zhì)量。因此，頂板支護作業(yè)人員需要有效勘察地質(zhì)形態(tài)，選擇適當支護材料，最終提升煤礦井下支護安全程度。

（1）開展支護作業(yè)有效準備。

在支護作業(yè)施工前期，需要做好支護準備工作。具體來講，第一，專業(yè)化支護人員需要依據(jù)巷道掘進施工設(shè)計圖紙，明確支護作業(yè)材料的尺寸、數(shù)量，選取的掘進方式與作業(yè)人員組織方式。比如：有關(guān)方面的支護作業(yè)人員需要嚴格依照國家有關(guān)方面規(guī)定，支護作業(yè)操作程序來開展工作。第二，支護作業(yè)人員在充分了解到煤礦井下巷道掘進地質(zhì)構(gòu)造條件、巷道圍巖力學(xué)性質(zhì)、礦井礦壓資料，最終明確作業(yè)方式，保障作業(yè)支護質(zhì)量和安全。比如：在巷道中選取合適位置開展巷道開口掘進作業(yè)、巷道冒頂處理施工等，提前進行施工作業(yè)方案的技術(shù)規(guī)劃。

（2）加強支架強度。

支護作業(yè)人員需要加強支護強度，最終提升煤礦井下巷道掘進頂板支護技術(shù)應(yīng)用能力。由于礦井作業(yè)具有復(fù)雜的地質(zhì)特征，需要有關(guān)方面人員有效處理好巷道變形、位移等問題。因此，專業(yè)化支護作業(yè)人員需要選取剛性材料、應(yīng)用柔性支護結(jié)構(gòu)，提升整個巷道支護水平。應(yīng)用這樣的方式可以在最大程度上保持巷道空間的完整性，有效緩解巷道變形與位移的情況，降低今后返修率。

（3）提升掘進工藝加大設(shè)備投入。

巷道掘進支護作業(yè)人員應(yīng)用新型技術(shù)工藝，加大設(shè)備方面投入力度可以有效提升支護能力，保障煤炭資源開采的效率。原因在于，科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展使得采煤方式中大量應(yīng)用自動化技術(shù)、人工智能技術(shù)、保障開采作業(yè)的精密化。因此，第一，支護作業(yè)人員需要提升掘進工藝應(yīng)用水平。針對地質(zhì)條件良好的煤礦井下可以運用綜合巷道機械掘進法，保持掘進機身低矮、具有良好破巖能力、整機結(jié)構(gòu)緊湊，提升作業(yè)水平。針對具有大斷面特點的煤層可以運用連續(xù)性采煤機開展掘進，應(yīng)用高強度材料形成優(yōu)質(zhì)支護結(jié)構(gòu)。第二，需要投入一定資金、加大設(shè)備投入力度。比如：在整個大斷面煤層掘進中，可以選用TBM掘進機、盾構(gòu)機，鑿巖臺車開展高質(zhì)量煤礦井下巷道掘進頂板支護。

（4）改進支護模式。

某煤礦規(guī)模不大、歷史悠久、采煤方式落后，支護作業(yè)人員可以選取“二二”式錨索支護方式，保持支護排距1.6米，一排在兩個鋼帶之間、另一排在鋼帶兩端垂直距離1.6位置。煤礦巷道支護改進后的方案與原有支護方式相比較，每一排都少用若干個錨桿、巷道頂板中兩肩窩少用2排錨桿，即每向前支護100米就少用65根錨桿，極大節(jié)省了支護成本。

此煤礦在應(yīng)用了新型支護方式，即改進掘進作業(yè)支護方案后，使支護結(jié)構(gòu)最大位移量降低了15%，整個的塑形區(qū)深度也下降了2%，極大提升了煤礦井下巷道掘進頂板支護水平，保障了生產(chǎn)作業(yè)的安全程度。比如：在傳統(tǒng)支護方案中，頂板最大位移量為45mm、錨桿最大軸力為185kN、錨索最大軸力為213kN、頂板塑形區(qū)深度為0.93m。改進后的方案頂板最大位移量為38mm、錨桿最大軸力為178kN、錨索最大軸力為209kN、頂板塑形區(qū)深度為0.9m[2]。

三、結(jié)論

綜上所述，為保障煤礦生產(chǎn)作業(yè)質(zhì)量和安全，有關(guān)人員需要應(yīng)用好煤礦井下巷道掘進頂板支護技術(shù)，改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)，保持型鋼穩(wěn)定受力，依據(jù)巷道掘進施工設(shè)計圖紙，明確支護作業(yè)材料的尺寸、數(shù)量，選取剛性材料、應(yīng)用柔性支護結(jié)構(gòu)，選取TBM掘進機、盾構(gòu)機，鑿巖臺車開展高質(zhì)量支護作業(yè)，提升支護水平，保障煤礦作業(yè)質(zhì)量和安全，實現(xiàn)煤礦企業(yè)良好效益和價值。

參考文獻：

[1]葛曉成.煤礦井下巷道掘進頂板支護技術(shù)研究[J].煤，2017，（03）：7374.

[2]賀智慧.煤礦井下巷道掘進頂板支護研究[J].能源與節(jié)能，2016，（10）：4344.

作者簡介：李長浩（1990），男，漢族，黑龍江克東縣人，本科，采礦助理工程師，研究方向：煤炭采掘及巷道支護方法。