煤礦掘進支護設計與工藝

田原

摘要：錨桿支護是煤礦掘進巷道支護的常用方式，其能在支護設備設施優化配置的基礎上，提升巷道支護的穩定性，滿足煤礦安全生產需要。本文在闡述煤礦巷道掘進支護必要性的基礎上，就煤礦掘進巷道支護設計內容展開分析，同時指出掘進巷道支護工藝應用的具體要點，期望能進一步提升煤礦掘進巷道支護設計質量，進而在支護工藝高效應用的基礎上，為煤礦安全生產創造有利條件。

關鍵詞：煤礦;掘進巷道;支護設計;支護工藝

煤炭資源是我國工業生產的重要動力能源，新時期，社會生產中對于煤炭資源的依賴性不斷加強，這要求煤礦企業進行生產模式優化，確保煤炭資源的有效供給。煤礦資源開采中，礦井掘進巷道支護是極為重要的一項工作，其不僅關系著井下作業的安全性，而且對于煤炭資源開采效率具有重大影響?；诖?，有必要在煤礦生產中進行掘進巷道的支護設計，并加強支護工藝應用管理。

一、煤礦掘進巷道支護的必要性

煤礦掘進巷道支護主要是在掘進過程中為維護頂板安全而采用的保護性手段，其是煤礦井下作業必不可少的一道工藝。生產實踐中，進行煤礦掘進巷道支護的必要性體現在以下層面：

其一，在煤炭未經開采前，其與周圍的巖層結合在一起，使得地下地層環境處于受力穩定狀態，而隨著煤炭資源被挖掘，地下環境整體受到破壞，結構穩定性有所下降，容易發生井下塌陷等問題，基于此，有必要做好掘進巷道的支護管理。其二，規范化的開展巷道支護能使得掘進工作面保持穩定狀態，保證井下作業人員的安全性。其三，對于煤礦企業而言，進行煤礦掘進支護設計，還能在優化井下生產環境的基礎上，提升采煤效率，促進企業經濟效益增長和戰略目標實現[1]。

二、煤礦掘進巷道支護設計內容

煤礦掘進作業面的環境較為復雜，開展掘進巷道支護設計時，工作人員需要考慮較多的因素，設計過程專業性較強，整體難度較大。就目前而言，錨桿支護是煤礦掘進巷道支護的常用方式，開展掘進巷道錨桿支護設計需考慮錨桿長度、錨桿間排距、錨索加強支護等設計內容。

1、錨桿長度設計

錨桿長度設計是煤礦掘進巷道錨桿支護設計的基本內容，在實際設計中，工作人員需要按照懸吊理論，就錨桿的主要參數進行系統規劃。在錨固區域內，錨桿會與周圍的巖層組合，并形成組合梁，此時，假設巷道荷載q在該結構上均勻分布，則錨桿的有效長度、錨固區域巖層形成組合拱的厚度可通過下式進行計算：

上式中，k1、k2分別表示了安全系數和蠕變安全系數;通常，K1取值在3～5之間，而k2取值為1.204。就k3而言，該系數由錨固區域內的受錨固力而形成組合梁的巖層數目所決定。此外，B、σt、P0分別表示了巷道跨度、頂板煤層抗拉強度、原巖水平應力分量[2]。

完成上述計算后，累加錨桿外漏長度、錨桿的有效長度或錨固區域巖層形成組合拱的厚度可、錨桿錨固段長度，即可實現錨桿整體長度的有效計算。需注意的是，針對錨桿長度的設計及計算，還行在考慮煤礦基本環境情況的同時，分析錨桿材料情況，進而確保錨桿長度符合礦井巷道支護需要。

2、錨桿間排距設計

錨桿間排距的設計不僅關系著巷道的支護質量，而且對于巷道掘進支護成本及企業生產成本具有較大影響。具體設計中，通常按照等間距、排距的方式及進行設計，該布設體系下，錨桿間排距SC計算方法為：

式中，d、τ、K4分別代表了錨桿敢提直徑、桿體抗剪強度、頂板抗剪安全系數。在煤礦生產中，Φ20×2000mm的等強左旋螺紋鋼錨桿應用較多，其直徑長取20mm，而桿體抗剪強度按原能力的60%計算，此外，要求頂板抗剪安全系數在3～6之間取值[3]。

3、錨索加強支護設計

錨索加強支護是巷道配套支護設計的重要內容，在實際設計中，往往需要按照《工作面掘進地質說明書》所調查的地質資料進行系統分析。就目前而言，施工交岔點及過斷層時，錨索加強支護技術的應用較為普遍，在實際設計中，還需考慮錨索深入到較穩定巖層錨固長度、頂板最大破壞深度等因素，此外，應就上托盤索具厚度、外露張拉強度等因素進行系統設計，滿足巷道支護設計需要。

三、煤礦掘進巷道支護工藝要點

1、加強錨桿安裝管理

錨桿安裝是煤礦掘進巷道支護工藝應用的關鍵所在，在實際安裝中，還應注重以下要點：其一，采用鋼帶配合高強度托盤支護時，要求加強那個蝶形墊片的接頂管理，接頂要嚴實，同時抗拔力到設計要求。其二，在錨桿外漏長度管理中，要求其長度控制在螺母外10～40mm。其三，錨桿安裝時，要求采用錨桿體頂住樹脂藥卷，然后將其送到孔底。其四，所有的錨桿應擰緊，在錨桿排列安裝后，要求錨桿排間距誤差不超過±100mm。其五，在進行錨桿支護時，還應注重其與錨索的有效配合。

2、鉆眼方法

采用MQT-130/2.8型錨桿鉆機為錨索打眼，打眼時要先送水，嚴禁無水開鉆。在打眼過程中，應注重孔深偏差的有效控制。通常，要求錨索孔深偏差保持在0～200mm，錨桿孔深偏差保持在0～50mm，在鉆孔直徑管理中，要求鉆孔直徑與桿體桿直徑偏差小于10mm。

3、規范前伸側翻機載的前探操作管理

當掘進機完成截、割、裝煤作業后，應將截割頭放下，并且使得掘進機開關處于閉鎖狀態。該過程中，嚴禁前伸側翻機載前探下放站人，同時，在當停止升降機載前探后，應立即開展支護施工，嚴禁在使用支護裝置時掘進作業。此外，當完成支護作業需要進行掘進作業時，需操作二位三通閥進行切換作業，繼而使得設備切換到掘進所需的油路。

結論

煤礦掘進巷道支護對于煤礦安全生產具有重大影響。生產實踐中，工作人員只有充分認識到煤礦掘進巷道支護的必要性，然后深化掘進巷道支護設計，并加大支護工藝的應用，才能有效地提升掘進巷道支護質量，實現煤礦企業生產效益與安全的有效保證。

參考文獻：

[1]?? 申恒濤.煤礦掘進支護設計與工藝[J].名城繪，2018（9）：116.

[2]?? 李韶杰，張占杰，張恒旭.煤礦巷道掘進工藝及裝備的發展分析[J].建筑工程技術與設計，2018（34）：3399.

[3]譚柯.煤礦開采和掘進支護技術[J].煤，2018，27（5）：42-43.