煤礦巷道支護(hù)技術(shù)與應(yīng)用

趙杰鋒

【摘 要】煤礦開采通常以地下作業(yè)為主，在進(jìn)行地下作業(yè)時(shí)，需要開辟很多巷道來進(jìn)行開采工程的通行、運(yùn)輸。而地下作業(yè)時(shí)，巷道很可能出現(xiàn)變形塌陷，因此必須對巷道進(jìn)行支護(hù)，最大限度地保障工程進(jìn)展順利及工作人員的安全。因此需要更完善、合理、穩(wěn)定的支護(hù)技術(shù)提供安全保障。

【關(guān)鍵詞】煤礦；巷道；支護(hù)技術(shù)

煤礦開采工作具有極高的危險(xiǎn)性，所以在實(shí)際開采時(shí)，無論是何種技術(shù)，若不能正確使用都會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。所以必須保證技術(shù)萬無一失，特別是煤礦巷道支護(hù)技術(shù)。近年來，我國煤礦巷道支護(hù)技術(shù)取得了較大進(jìn)步，但相較于發(fā)達(dá)國家來說其水平仍有待提高，如何有效提升我國煤礦巷道支護(hù)技術(shù)成為了一個(gè)重要課題。

1 煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的概述

煤礦巷道支護(hù)技術(shù)包括裝配式鋼筋混凝土支護(hù)、可縮性金屬支護(hù)、剛型支護(hù)和錨桿支護(hù)。經(jīng)實(shí)踐證明，錨桿支護(hù)縮減了巷道支護(hù)支出成本，減輕了工人勞動壓力，是巷道支護(hù)技術(shù)中最有效的支護(hù)技術(shù)。此外，錨桿支護(hù)簡化了超前支護(hù)和采煤工作面端頭支護(hù)的工藝流程，對安全生產(chǎn)提供了保障，提高了采煤工作面的效率。目前，錨桿支護(hù)技術(shù)已在國內(nèi)外得到廣泛使用。

井工開采是我國當(dāng)前各地進(jìn)行煤炭開采的主要方法，有很多煤礦企業(yè)開采深度已經(jīng)超過了 700 m，甚至達(dá)到或超過了 1 000 m，隨著開采深度的增加，礦壓越來越大，巷道支護(hù)強(qiáng)度要求越來越高。因?yàn)槊旱V巷道及其支護(hù)技術(shù)在煤礦巷道中的應(yīng)用，具有安全、高效、科學(xué)等特點(diǎn)，一方面能夠增加煤礦工程的使用年限，提升工程安全系數(shù)；另一方面能夠降低煤礦安全生產(chǎn)事故發(fā)生率。因此，根據(jù)各地煤礦的特點(diǎn)，如何科學(xué)有效的應(yīng)用煤礦巷道及其支護(hù)技術(shù)，提升巷道安全系數(shù)，減少安全事故的發(fā)生，提高煤礦的經(jīng)濟(jì)效益，已成為當(dāng)今煤礦產(chǎn)業(yè)研究探討的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)。

2 煤礦工程中的支護(hù)技術(shù)

因?qū)嶋H環(huán)境的復(fù)雜性，煤礦開采工程中支護(hù)技術(shù)的運(yùn)用形式有很多種，較為常見的有：砌碹支護(hù)技術(shù)、棚式支架支護(hù)技術(shù)、錨噴支護(hù)技術(shù)、錨索及聯(lián)合支護(hù)技術(shù)。

1）砌碹支護(hù)技術(shù)。屬于被動支護(hù)，適用于礦井淺部礦壓較小的穩(wěn)定巖層中，通常會使用鋼筋混凝土、料石等加固材料支護(hù)。砌碹支護(hù)的缺點(diǎn)在于施工復(fù)雜，致使工期緩慢，如遭遇巷道圍巖形狀有較大變動時(shí)就無法使用。以往砌碹支護(hù)只適合于大型巷道。

2）棚式支架支護(hù)技術(shù)。棚式支架支護(hù)是目前使用較為廣泛的煤礦巷道支護(hù)技術(shù)，適用于巖性較差、破碎不穩(wěn)定煤巖層中，運(yùn)用各種堅(jiān)固材料，依據(jù)巷道圍巖截面的實(shí)際形狀，設(shè)計(jì)成相應(yīng)貼合的形狀，以 U 型鋼、工字鋼等形式對巷道圍巖進(jìn)行支護(hù)。棚式支架支護(hù)屬于比較被動的支護(hù)方式，在復(fù)雜地質(zhì)條件下抗壓效果較差。

3）錨噴支護(hù)技術(shù)。錨噴支護(hù)目前使用最為廣泛的煤礦巷道支護(hù)技術(shù)，其支護(hù)性能相對于其他種類的支護(hù)效果更好。錨噴支護(hù)技術(shù)將巷道圍巖周邊全部密封，使巷道免遭因自然因素而產(chǎn)生的強(qiáng)度變化。通過內(nèi)外加固為圍巖提供了主動性的支護(hù)保障。通過科學(xué)對比，錨噴支護(hù)技術(shù)具備其他支護(hù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，且避免了缺點(diǎn)，屬于綜合性煤礦工程巷道支護(hù)技術(shù)，在當(dāng)今煤礦行業(yè)中應(yīng)用廣泛。

4）錨索及聯(lián)合支護(hù)

錨索支護(hù)具有錨桿所沒有的深部錨固作用。錨索與錨網(wǎng)梁支護(hù)結(jié)合起來，在大松動圈圍巖施工中將發(fā)揮其他支護(hù)所不可比擬的優(yōu)越性。①通過對錨索施加預(yù)應(yīng)力，將錨桿錨固層以外剩余厚度的松動圈巖體緊緊錨固在原巖土上。松動圈內(nèi)的巖（煤）體受到擠壓，有利于松散體的鉸接和擠壓加固拱的形成，以提高圍巖整體抗壓性能。②錨索作用使松動圈內(nèi)巖體與原巖之間清楚了隔層現(xiàn)象，提高了整體承載性能，與原巖一塊構(gòu)成剛性梁承受外來壓力，通過剛性梁將壓力傳遞到圍巖深處。減少了簡支梁失穩(wěn)所造成的頂?shù)装寮皟蓭妥冃巍＂坼^索預(yù)應(yīng)力作用部分補(bǔ)償了巷道開挖造成的應(yīng)力變化，使圍巖由原來的單向和雙向三向受力轉(zhuǎn)變，提高圍巖的抗變形能力。

3 煤礦巷道支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

3.1 常見支護(hù)技術(shù)應(yīng)用措施要點(diǎn)

1）松動圈支護(hù)。當(dāng)巷道開挖后，通常情況下都會形成松動圈，松動圈中的碎脹變形是圍巖變形的原因。在實(shí)際松動圈支護(hù)當(dāng)中，常由碎脹變形及圍巖變形的幅度大小來決定松動圈的范圍大小。松動圈越大巷道支護(hù)的難度越大，所以在進(jìn)行巷道支護(hù)時(shí)必須通過對松動圈的檢測，采用相應(yīng)的支護(hù)技術(shù)。

2）圍巖強(qiáng)化應(yīng)用。圍巖強(qiáng)化是通過各方面的力學(xué)技術(shù)，對圍巖的力學(xué)性能進(jìn)行改動而運(yùn)作。理論認(rèn)為：錨桿支護(hù)技術(shù)可以對錨固體的力學(xué)性能進(jìn)行改變，以錨桿支護(hù)的區(qū)域被稱為錨固區(qū)，會對巖石壁的峰值強(qiáng)度、峰后強(qiáng)度等各方面強(qiáng)度進(jìn)行提高，改變其應(yīng)力，從根本上提高圍巖強(qiáng)度。

3）復(fù)合支護(hù)應(yīng)用。復(fù)合支護(hù)適用于相對復(fù)雜的條件。在煤礦工程中常常會遇到多種地質(zhì)復(fù)雜的情況，此時(shí)不可只靠單一支護(hù)來增加支護(hù)強(qiáng)度，還需多種支護(hù)方式融合，達(dá)到剛?cè)岵?jì)的效果。

3.2 支護(hù)技術(shù)應(yīng)用方式

1）巷道圍巖表面支護(hù)是在圍巖的表層用其他材料進(jìn)行加固，以提供支撐，達(dá)到安全防護(hù)的目的。通常在對巷道圍巖采取表面支護(hù)技術(shù)時(shí)，會選用混凝土、料石等作為加固材料。

2）巷道圍巖內(nèi)外面支護(hù)。此方式作用于巷道圍巖外層及內(nèi)層，同樣是以其他材料進(jìn)行支護(hù)的技術(shù)。而在材料選擇方面，通常會選取錨桿、錨索，使錨桿或錨索處于圍巖外內(nèi)層，進(jìn)行外內(nèi)統(tǒng)一性的防護(hù)。

3）提高圍巖自身強(qiáng)度。其作用于巷道圍巖本身，常通過注漿等方式使巷道本身的穩(wěn)固性提高，進(jìn)而加強(qiáng)巷道圍巖的承載力。

4）分析圍巖應(yīng)力，使巷道處于弱應(yīng)力區(qū)域。通過支架工作阻力監(jiān)測儀等應(yīng)力監(jiān)測設(shè)備，通過其監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，對巷道圍巖所受的應(yīng)力進(jìn)行預(yù)測，最終找出應(yīng)力較弱的區(qū)域，再對圍巖內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行完善，最終在應(yīng)力弱的區(qū)域內(nèi)開掘巷道。

4.支護(hù)技術(shù)應(yīng)用缺陷及改進(jìn)措施

當(dāng)前國內(nèi)煤礦工程巷道支護(hù)技術(shù)存在的缺陷可劃分為三點(diǎn)：

1）圍巖承載圈厚度偏小。在普通的支護(hù)工作中，如圍巖本身厚度不夠，會導(dǎo)致支撐力較弱，所形成的承載圈效應(yīng)不大，進(jìn)而影響整體巷道圍巖的性能。改進(jìn)措施：可通過注漿的方式對厚度不夠的圍巖區(qū)域進(jìn)行加固。因此對于巷道圍巖的檢測工作必須嚴(yán)謹(jǐn)，找出所有厚度不夠的區(qū)域進(jìn)行注漿加固，之后再次確認(rèn)圍巖承載力。

2）支護(hù)支架強(qiáng)度控制不足。當(dāng)開掘出巷道后，巷道區(qū)域原本的圍巖應(yīng)力也會進(jìn)行改變，因此對支護(hù)支架形成較大的壓力。為了避免發(fā)生安全事故和控制巷道變形，必須加強(qiáng)支護(hù)支架的強(qiáng)度，以便能夠承載壓力，同時(shí)也要注意支護(hù)支架強(qiáng)度不可過大，因?yàn)閲鷰r變化性較強(qiáng)，過高的強(qiáng)度會使支架與圍巖協(xié)調(diào)性變差，容易形成崩塌。改進(jìn)措施：支護(hù)支架的強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)貼合圍巖實(shí)際承載力來設(shè)計(jì)，最終的強(qiáng)度數(shù)值應(yīng)當(dāng)大于圍巖本身承載力，以留有一定的對圍巖變化所產(chǎn)生的區(qū)間。為了確保安全性，不可過度提高強(qiáng)度，確保兩者之間的協(xié)調(diào)適應(yīng)性。

3）軟巖巷道變形。如果巷道是軟巖性質(zhì)，那么一定要注意，軟巖會因應(yīng)力的影響而變大，對周邊圍巖較弱的區(qū)域進(jìn)行積壓，改變圍巖結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性，而當(dāng)變形維持若干時(shí)間后，就會在圍巖內(nèi)部形成連鎖效應(yīng)，對圍巖的承載圈進(jìn)行破壞，最后整體崩塌。改進(jìn)措施：對于軟巖巷道變形的問題，要認(rèn)真進(jìn)行日常維護(hù)，當(dāng)出現(xiàn)普通辦法無法處理的情況時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)救支護(hù)，基于在初次支架的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充支架的柔韌性、強(qiáng)度。

結(jié) 語

對于地下作業(yè)而言，安全是第一要素。我國煤礦巷道支護(hù)技術(shù)還存在一定缺陷，應(yīng)當(dāng)在采取相應(yīng)措施改善后再進(jìn)行作業(yè)，最大限度地保障作業(yè)人員的安全。

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（作者單位：鶴壁煤電股份有限公司第九煤礦）