煤礦開采過程中支護技術的應用

彭齊中

（河南神火集團有限公司，河南永城 476600）

1 煤礦開采過程中存在的問題

1.1 資源耗費量較大

對于所有煤礦開采企業而言，回采率是衡量企業煤礦開采收益的重要標準，如果已開采和預開采礦量不成正比，就會直接影響煤礦開采企業的經濟收益。那么，就目前我國大多數煤礦開采企業的回采率而言，雖然都具有較高的水平，但是往往會付出較高的開采成本，比如，每開采1t煤就需要耗費3t左右的開采資源，如果除去開采成本，煤礦開采企業的回采率并不高，相比其他先進國家的回采率較低。因此，煤礦開采中的資源耗費量就是煤礦開采過程中的難題。

1.2 環境影響大

由于煤礦開采需要由淺入深地進入地底深層，所以就會對煤礦巷道周邊的地表結構產生較大影響，使得有些地面會逐漸產生沉陷問題，如果在沉陷地面上還存在建筑物，這就會直接影響建筑物的安全性。還有，煤礦開采還會影響地表水的循環系統，這就不利于生態自然環境的可持續發展。并且，在某些特殊情況下，由于人為或客觀因素導致施工現場的瓦斯泄漏，會對周邊的人畜、植被造成較為嚴重的影響，不利于綠色開采的要求。

1.3 開采安全性較低

在絕大多數情況下，我國現有的煤礦資源都深藏在地層的深處，所以通常情況下都需要煤礦開采企業深至1 000m處采掘煤礦資源，這就會對開采人員造成較大的安全風險。還有，在煤礦開采的過程中，由于較淺地層中的圍巖流變性不易控制，所以通常多會使用爆破等手段進行掘進，這就會對周圍的圍巖結構產生較大影響，從而造成安全隱患。同時，在煤礦巷道施工的過程中，還需煤礦開采企業支出大量的維修成本，合理治理瓦斯的成本。因此，在煤礦開采過程中存在的安全隱患較多，所以企業支出的成本較多。

2 煤礦在開采過程中不同位置的支護技術應用

2.1 充填回風道支護技術

在該類型支護技術中，通常在石質為大理巖的位置使用該支護技術，因為大理巖相比其他巖石，強度較弱，在致密性上較強，所以在穩定性上相對較好，這時候不需要建設任何支護結構。但是，如果大理巖的某處位置發生破裂現象，這時就可以采用充填回風道支護技術。一方面，對于大理巖破裂的地方需要使用錨網支護，并且將管縫式錨桿作為錨網支護結構的核心，同時需要按照施工現場的實際情況和施工標準選擇適宜長度、網度的錨桿，以此保證支護需求。另一方面，在使用的金屬網中，同樣需要根據實際情況和施工標準采用適宜的網片尺寸、網格尺寸等，以此保證支護需求。

2.2 底部結構支護技術

從煤礦開采的過程來看，當開采到一定深度后，開采人員會遇到石英砂巖和蛇紋石巖等巖層。一方面，當遇到蛇紋石巖層時，首先要確定在煤礦開采巷道的上部，如果蛇紋石巖約20m深度的下層都為石英砂巖，那么就可以利用噴射混凝土的方法，對蛇紋石巖的表層進行加固處理，通常噴射的厚度在50～80mm左右，以此保證原巖結構的穩定性。另一方面，由于在煤礦開采的過程中，會在地底挖掘若干深度的溝壑巷道，所以為了節省開采時間，煤礦開采企業通常都會選擇爆破的手段進行挖掘。不過，正是在爆破的過程中，如果煤礦巷道周邊的巖層巖石因爆破導致松動，這就很容易在開采過程中出現冒落問題，所以需要煤礦開采企業在爆破結束后，對巷道內的冒落帶采用臨時錨桿、金屬網等支護技術，使得可以在一定程度上穩定周邊巖層的冒落帶。還有，如果將爆破技術應用在煤礦巷道的出入口位置，當周邊的巖層性質為蛇紋石巖時，可以采用光面爆破技術，既可以加快煤礦挖掘進度，又可以保證爆破后形成的巷道表面較為平整。那么，在接下來的挖掘過程中，每隔一周就需要按照“噴漿—錨桿—金屬網”的順序對巷道內巖層進行支護，使得可以隨時保證煤礦巷道圍巖的結構穩定性。不過，到了煤礦巷道的出口位置時，如果該位置的圍巖為蛇紋石巖，煤礦開采人員可以在圍巖上使用噴漿、錨桿、錨索、金屬網組成的混合支護結構，以此保證出口的圍巖結構穩定性。

2.3 出礦口眉線支護技術

在煤礦開采的過程中，有時會發生交叉堵塞的問題，尤其是當煤礦巷道的出礦口在該位置時，所以通常情況下都是使用二次爆破的方法解決堵塞問題。但是，爆破同樣會給出礦口的圍巖結構造成影響，所以為了提升出礦口的圍巖結構穩定性，煤礦開采人員需要在眉線位置采用眉線支護技術。不過，為了可以提升眉線支護技術的支護效率，一方面將預錨桿作為與支護方法的主要構件，另一方面需要在煤礦巷道的頂部位置設置拱形承載結構，然后在此位置進行預支護，這樣就為眉線支護技術的展開建立了支護基礎。

3 煤礦開采支護技術的施工原則

其一，為了保障支護技術對煤礦巷道圍巖結構的有效性，通常都是需要利用錨桿技術實現支護，所以需要注重以下兩個方面作用。一方面，通常錨桿是作為煤礦地層和次生層圍巖的連接結構，所以當圍巖發生劈裂、離層等問題時，可以使用錨桿支護技術進行加固。另一方面，錨桿支護還可以對巖層處存在的節理裂隙進行壓密，可以增強每個面的抗剪能力，有效控制圍巖中的離層、滑動狀況，提升煤礦巷道圍巖的受壓能力。

其二，需要在開采煤礦前確定煤巖層的準確方位，如果在開采過程中發現周邊圍巖不穩，就必須進行支護。當在煤礦巷道中遇到需要加固的地段時，可以利用噴漿、充填、加固錨桿等方法，對煤巷的加固段進行加固，當在煤礦巷道中遇到正常段時，可以利用錨桿索進行支護，同時需要在正常段的巷道內支起圖1中的U型棚，再對周邊圍巖進行噴漿、充填等工藝處理，使得可以提升圍巖的穩定。當在煤礦向導中遇到破碎段時，可以先利用簡單支護技術進行處理，之后利用加固錨桿技術進行處理，如果某些巷道內的破碎程度較深，那么可以在開掘巷道之前就可以使用超前預注漿技術進行處理，可以先充填破碎段內的圍巖裂隙，以有效地阻絕因裂隙深入巷道內的裂隙水，從而達到加固破碎段支護結構的目的。然后，再利用錨桿支護、搭建U型棚、注漿等進行加固處理。

圖1 U型棚圖

其三，需要注重煤礦巷道斷面的拉應力，因為通常煤礦開采的巷道都是折線或曲線型斷面，這就可以減少斷面周圍的拉應力。而在煤礦巷道更深層次的深井中，由于拉應力相比其他位置更大，所以既需要盡量縮小圍巖塑性區和斷面之間的開挖半徑，又需要保持低效加固區和斷面一致，另外，在展開煤礦開采支護技術時，不僅需要注重拉應力，而且需要注重煤礦巷道的用途，以此才能合理確定煤礦巷道斷面形狀，從而有利于提升煤礦開采的安全性。

4 結語

綜上所述，煤礦開采是風險系數較大的施工工藝，為了保證開采效率和開采安全，就必須對煤礦巷道的圍巖展開支護技術，以增強巷道圍巖結構的穩定性。不過，要根據不同的施工地段展開相應的支護技術，以滿足煤礦巷道的多方面支護需求，從而有效提升煤礦開采的安全質量。