復雜地質條件下巷道頂板支護技術分析

馮 剛

(霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司木瓜煤礦，山西 霍州 033102)

0 引言

據(jù)統(tǒng)計，我國井工開采煤礦占到80%左右，開采作業(yè)必須以巷道掘進為基礎，巷道不僅是工作通道，也是工作人員的進出通道以及各種物資的運輸通道，更是提供氧氣、排出有毒有害氣體的通道，因此，巷道支護工作十分重要。文中通過分析影響煤礦巷道支護的地質條件、支護方式以及復雜地質環(huán)境下的改進措施，并在某煤礦得到了成功應用，為工程實際中的巷道頂板支護提供了參考。

1 巷道支護影響因素與掘進技術

1.1 巷道支護影響因素分析

煤礦地質條件復雜，異常現(xiàn)象眾多，對在此條件下進行的開采活動造成了很大的困難，對開采活動也提出了更高的安全需求、技術需求與管理需求，也是對開采技術的重要考驗。為了能夠順利完成復雜地質條件下的生產(chǎn)活動，首先必須分析影響煤礦巷道支護的主要影響因素。

由于長期不斷的地質構造運動，使得煤礦所在地區(qū)的地下巖層已經(jīng)遭到了嚴重破壞，出現(xiàn)了圍巖碎裂、節(jié)理發(fā)育等現(xiàn)象，最終造成在煤炭資源的開采過程中巖層的壓力增大、裂紋增多的現(xiàn)象，使得圍巖頂板的壓力不斷增加。

由于地質條件的變化，會使巷道圍巖強度變小。在地質構造帶附近掘進的巷道圍巖強度小、尤其是當所在地區(qū)地下水豐富情況下，圍巖可能出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，給支護工作造成了極大困難。隨著掘進長度的變化，圍巖應力重構會進一步加劇圍巖本身的不穩(wěn)定性，使得巷道圍巖的強度進一步降低。

由于目前部分巷道采用的是開放式支護體結構，在此情況下，當巷道頂幫壓力增加時，底板圍巖可能會存在應力集中的問題，軟巖地板會出現(xiàn)底鼓等現(xiàn)象，從而造成軌道鋪設困難，最終給支護過程的進行帶來障礙。

1.2 掘進技術

掘進工藝：一般分為綜掘機掘進和普通掘進兩種。在選擇何種掘進工藝時，主要的參考依據(jù)是巷道的長度，兩者存在一個互相取代的臨界點。與此同時，綜掘機與普通掘進設備的相關參數(shù)也決定著巷道的長度。一般情況下，普通掘進適用于300 m以內的工作面，而綜掘機適用于300 m以上的工作面，這種分類方法可以最大限度地發(fā)揮兩種設備各自的特點。

綜掘機類型的選定：在選擇綜掘機類型時需考慮各種因素，主要有體積、緊湊性、適用與截割強度、效率、可維護性等等，如果沒有按照科學、合理的原則對綜掘機類型進行確定，就有可能導致最終選擇的綜掘機不能適應所在煤礦的地質條件，降低工作效率。

綜掘機截齒的選擇：在進行綜掘機截齒的選擇時，首先要考慮的是截齒的耐磨程度。高耐磨性不但可以提高工作速度，還可以盡可能地減小截齒的磨損。另外，當綜掘機工作區(qū)域的巖石比較堅硬，尤其是其硬度已經(jīng)超過了截齒耐磨程度時，這時候要考慮首先對巖石進行爆破松動處理，然后再采取綜掘機進行切割作業(yè)。但是在爆破過程中，需要采取對應的安全保護措施，防止爆破對設備及人員造成傷害。

1.3 復雜地質條件下的煤礦掘進支護技術的改進

在復雜地質中進行開采作業(yè)時，要有針對性地對相關部位進行加固，避免巷道因為外力的作用發(fā)生變形，從而影響開采工作的順利進行以及人員、設備的安全。首先針對地壓大以及存在大斷面的情況，可以通過安裝緩壓設施進行，并根據(jù)斷面情況來對其進行一定的修補工作，最終目的是降低地壓以及斷面對開采工作的影響。其次，應在礦井中安裝通風設備，它可以用來保持礦井的干燥性，這點在復雜地質條件下顯得尤為重要，因為很多巷道的坍塌就是由于潮濕引起的。最后還應該在礦井中安裝排水系統(tǒng)，原因與安裝通風設備類似，主要是將礦井中的積水排空，減少礦井的潮濕程度。

針對不同地質環(huán)境，采用不同開采設備的礦井進行有針對性的設備選型，選擇的設備不但要滿足頂板支護設備的要求，同時要滿足礦井中通道的要求，最終使得開采工作順利進行。

2 支護案例分析

2.1 地質條件

某煤礦地質構造總體為一復式寬緩構造，所處區(qū)域存在16條大、中型斷層，其中落差大于50 m的有11條。7204運輸巷的上下限標高分別為-545.4 m與-593.2 m，為典型的不穩(wěn)定復合頂板。切眼南面為7203工作面的采空區(qū)，采空區(qū)有10 m煤柱，老頂已經(jīng)垮落。北面是7025工作面，無特大的構造，對本巷道施工基本沒有影響。東面有1個斷層，西面為較薄的地質構造帶。為了對7402工作面進行快速過斷層以及支護支架的安裝，對其進行了副巷施工。此巷道在7402運輸巷C5導線點以東10 m位置開口，然后垂直于運輸巷向南進行施工60 m，然后向東調向900施工185 m，再向南調向900施工85 m，最后與7402軌道巷達到貫通效果，滿足通道要求。

2.2 支護方案

選用高度為5.7 m的充填綜采液壓支架，所以切眼的凈寬度要大于16 m，采用80液壓泵站，選用單體液壓支柱配合架棚、錨帶網(wǎng)與錨索的聯(lián)合支護方式，如圖1所示。

圖1 7204切眼的支護斷面

在支護方案中，錨帶網(wǎng)可以和圍巖組成錨巖支護，對頂板擠壓、加固，起到組合梁的效果，錨索固定在巖石頂板中，對上述錨帶網(wǎng)和圍巖組成組合梁進行懸吊，防止其外移，單體液壓支護屬于主動支護，初撐力大，可以繼續(xù)增加錨帶網(wǎng)和圍巖組成組合梁的穩(wěn)定性。

2.3 支護效果

通過采取上述的單體液壓支柱配合架棚、錨帶網(wǎng)與錨索的聯(lián)合支護方式，在掘進中，頂?shù)装宓南鄬ξ灰屏渴?.110 5 m，頂板在6 m深存在0.011 5 m的巖層離層量，滿足相關標準。并且在整個支護支架安裝與回采過程中，未發(fā)生過冒頂、頂板離層、下垂等各種事故。與此同時，巷道始終保持在6 m以上的寬度，保證了整個煤炭開采的順利進行。

3 結語

通過分析巷道支護的影響因素、支護技術的關鍵應用以及復雜地質環(huán)境下的改進措施，最后以某煤礦為例，采取聯(lián)合支護方案，使得在整個支護支架安裝與回采過程中，沒有發(fā)生過冒頂、頂板離層等各種事故，確保了巷道斷面滿足要求，保證了整個煤炭開采的順利進行，為工程實踐中的頂板支護作業(yè)提供了參考。