煤礦巷道支護技術與應用

趙杰鋒

【摘 要】煤礦開采通常以地下作業為主，在進行地下作業時，需要開辟很多巷道來進行開采工程的通行、運輸。而地下作業時，巷道很可能出現變形塌陷，因此必須對巷道進行支護，最大限度地保障工程進展順利及工作人員的安全。因此需要更完善、合理、穩定的支護技術提供安全保障。

【關鍵詞】煤礦；巷道；支護技術

煤礦開采工作具有極高的危險性，所以在實際開采時，無論是何種技術，若不能正確使用都會造成嚴重的經濟損失。所以必須保證技術萬無一失，特別是煤礦巷道支護技術。近年來，我國煤礦巷道支護技術取得了較大進步，但相較于發達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技術成為了一個重要課題。

1 煤礦巷道支護技術的概述

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

井工開采是我國當前各地進行煤炭開采的主要方法，有很多煤礦企業開采深度已經超過了 700 m，甚至達到或超過了 1 000 m，隨著開采深度的增加，礦壓越來越大，巷道支護強度要求越來越高。因為煤礦巷道及其支護技術在煤礦巷道中的應用，具有安全、高效、科學等特點，一方面能夠增加煤礦工程的使用年限，提升工程安全系數；另一方面能夠降低煤礦安全生產事故發生率。因此，根據各地煤礦的特點，如何科學有效的應用煤礦巷道及其支護技術，提升巷道安全系數，減少安全事故的發生，提高煤礦的經濟效益，已成為當今煤礦產業研究探討的一個重點和難點。

2 煤礦工程中的支護技術

因實際環境的復雜性，煤礦開采工程中支護技術的運用形式有很多種，較為常見的有：砌碹支護技術、棚式支架支護技術、錨噴支護技術、錨索及聯合支護技術。

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

2）棚式支架支護技術。棚式支架支護是目前使用較為廣泛的煤礦巷道支護技術，適用于巖性較差、破碎不穩定煤巖層中，運用各種堅固材料，依據巷道圍巖截面的實際形狀，設計成相應貼合的形狀，以 U 型鋼、工字鋼等形式對巷道圍巖進行支護。棚式支架支護屬于比較被動的支護方式，在復雜地質條件下抗壓效果較差。

3）錨噴支護技術。錨噴支護目前使用最為廣泛的煤礦巷道支護技術，其支護性能相對于其他種類的支護效果更好。錨噴支護技術將巷道圍巖周邊全部密封，使巷道免遭因自然因素而產生的強度變化。通過內外加固為圍巖提供了主動性的支護保障。通過科學對比，錨噴支護技術具備其他支護技術的優點，且避免了缺點，屬于綜合性煤礦工程巷道支護技術，在當今煤礦行業中應用廣泛。

4）錨索及聯合支護

錨索支護具有錨桿所沒有的深部錨固作用。錨索與錨網梁支護結合起來，在大松動圈圍巖施工中將發揮其他支護所不可比擬的優越性。①通過對錨索施加預應力，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巖體與原巖之間清楚了隔層現象，提高了整體承載性能，與原巖一塊構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。減少了簡支梁失穩所造成的頂底板及兩幫變形。③錨索預應力作用部分補償了巷道開挖造成的應力變化，使圍巖由原來的單向和雙向三向受力轉變，提高圍巖的抗變形能力。

3 煤礦巷道支護技術應用

3.1 常見支護技術應用措施要點

1）松動圈支護。當巷道開挖后，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。在實際松動圈支護當中，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的難度越大，所以在進行巷道支護時必須通過對松動圈的檢測，采用相應的支護技術。

2）圍巖強化應用。圍巖強化是通過各方面的力學技術，對圍巖的力學性能進行改動而運作。理論認為：錨桿支護技術可以對錨固體的力學性能進行改變，以錨桿支護的區域被稱為錨固區，會對巖石壁的峰值強度、峰后強度等各方面強度進行提高，改變其應力，從根本上提高圍巖強度。

3）復合支護應用。復合支護適用于相對復雜的條件。在煤礦工程中常常會遇到多種地質復雜的情況，此時不可只靠單一支護來增加支護強度，還需多種支護方式融合，達到剛柔并濟的效果。

3.2 支護技術應用方式

1）巷道圍巖表面支護是在圍巖的表層用其他材料進行加固，以提供支撐，達到安全防護的目的。通常在對巷道圍巖采取表面支護技術時，會選用混凝土、料石等作為加固材料。

2）巷道圍巖內外面支護。此方式作用于巷道圍巖外層及內層，同樣是以其他材料進行支護的技術。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層，進行外內統一性的防護。

3）提高圍巖自身強度。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固性提高，進而加強巷道圍巖的承載力。

4）分析圍巖應力，使巷道處于弱應力區域。通過支架工作阻力監測儀等應力監測設備，通過其監測數據的分析，對巷道圍巖所受的應力進行預測，最終找出應力較弱的區域，再對圍巖內應力狀態進行完善，最終在應力弱的區域內開掘巷道。

4.支護技術應用缺陷及改進措施

當前國內煤礦工程巷道支護技術存在的缺陷可劃分為三點：

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

2）支護支架強度控制不足。當開掘出巷道后，巷道區域原本的圍巖應力也會進行改變，因此對支護支架形成較大的壓力。為了避免發生安全事故和控制巷道變形，必須加強支護支架的強度，以便能夠承載壓力，同時也要注意支護支架強度不可過大，因為圍巖變化性較強，過高的強度會使支架與圍巖協調性變差，容易形成崩塌。改進措施：支護支架的強度應當貼合圍巖實際承載力來設計，最終的強度數值應當大于圍巖本身承載力，以留有一定的對圍巖變化所產生的區間。為了確保安全性，不可過度提高強度，確保兩者之間的協調適應性。

3）軟巖巷道變形。如果巷道是軟巖性質，那么一定要注意，軟巖會因應力的影響而變大，對周邊圍巖較弱的區域進行積壓，改變圍巖結構及穩定性，而當變形維持若干時間后，就會在圍巖內部形成連鎖效應，對圍巖的承載圈進行破壞，最后整體崩塌。改進措施：對于軟巖巷道變形的問題，要認真進行日常維護，當出現普通辦法無法處理的情況時，應當及時進行補救支護，基于在初次支架的基礎上，補充支架的柔韌性、強度。

結 語

對于地下作業而言，安全是第一要素。我國煤礦巷道支護技術還存在一定缺陷，應當在采取相應措施改善后再進行作業，最大限度地保障作業人員的安全。

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（作者單位：鶴壁煤電股份有限公司第九煤礦）