煤礦井下巷道掘進頂板支護技術研究

郭素廣

（河南亨吉茂建設工程有限公司，河南 安陽 456400）

1 煤礦井下巷道支護主要形式

通過分析井下巷道掘進支護形式可以看出，應當根據企業不同要求做出選擇，涉及預留柱支護、可縮性支架與礦用支護型鋼等。不管應用哪種支護方式，都應當具備應用優勢與范圍。因此，煤礦人員在開展施工時，必須對井下實際作業情況進行分析，合理選擇支護技術。

1）礦用支護型鋼。在巷道掘進頂板支護操作時，需要選擇工字鋼、LT型鋼等支護型鋼，不管應用哪種支護型鋼，都應當考慮到韌性、抗拉性能與抗壓性能。由于巷道支架會承受橫向荷載，還需要承受縱向推動力，因此要在縱向、橫向方位上保證支架滿足負荷承載要求。此外，在使用礦用支護型鋼時，必須對支架可縮性進行分析。因此，礦用支護型鋼所應用的幾何形狀，首先應當確保鎖緊和滑移操作時具備較高的平穩性，還可以將支護型鋼接觸面進行擴大處理。

2）可縮性支架。可縮性支架是金屬支架的一種形式，具備較強的荷載承受能力，在收縮過程中可以反映出不同的荷載能力。對荷載能力造成影響的因素非常多，如連接件運行狀態、支架整體結構狀態等。應用可縮性支架時，可以承受最大限度的作用力，屬于支架的極限承受力。支架具備的極限承載力值，需要通過支架塑性變形進行衡量判斷。一般來說，實際承載力、極限承載力的差異較大，通過觀察差異大小，能夠掌握可縮性支架的狀態，以此判斷差異值。當差異值越小時，可縮性支架的狀態就越好。從上述分析能夠看出，可縮性支架的最佳狀態在于實際荷載能力和極限荷載能力差值比較小，基本可以達到相同狀態。

3）預留柱支護。與上述支護技術相比，預留柱支護方式屬于煤礦作業常用支護方式，被廣泛應用在井下開采作業中。對于預留柱支護形式來說，主要是在上區段、下區段預留寬度，保證回風平巷可以不處于支撐壓力的峰值區，加強巷道頂板支護效果。雖然預留柱支護技術簡單，然而對于支護要求非常高。由于預留柱支護方式的應用成本比較高，且后期維護難度大，因此逐漸被可縮性支架、礦用支護型鋼代替，但是并非完全否定預留柱支護的應用作用。

2 煤礦井下巷道掘進頂板支護的影響因素

1）施工工藝因素。把控施工工藝，也可以保證煤礦井下巷道掘進技術得到有效地提高，當前，我們國家開展巷道掘進技術的過程中，對鉆爆掘進這種方式的使用最廣泛，大范圍對該種技術應用，會有較高的效率，能夠進一步提升巷道掘進的速度。另一方面，如果不能對相關的施工工藝進行合理的應用，就可能會在很大程度上影響巷道支護頂板的穩定性，甚至還可能巷道還會出現塌方的現象，威脅、影響巷道掘進頂板支護施工工作人員的生命財產安全，還會對煤礦企業的經濟效益造成影響。在對這種工藝進行應用的過程中，還需要特別注意，以下兩個方面：首先在實施鉆爆之前，需要先對火藥裝填的數量進行準確計算，這些都會影響爆破的效果。除此之外，還需要準確地定位實施爆破的位置。

2）煤礦井下巷道施工環境。開展頂板支護施工工作，開展的地點一般都為井下，包括安裝巷道頂板裝置，也同樣是在井下進行，如果巷道施工環境不佳，很容易對頂板支護的效果造成影響，很不利于頂板支護工作的安全性、穩定性。對于不同地區的井下巷道情況存在差異。另一方面，一些井下環境相對較好的地方來講，巷道本身就符合相關需求和標準，此時，工作人員可以通過結合實際的施工狀況，適當降低巷道內部支架數量，從而保證對井下巷道空間節省的基礎上，還能夠對煤礦開采的效率、煤礦開采的質量提升，對煤礦開采的成本有效降低，對相應煤礦企業的經濟效益有效提升。

3 煤礦井下巷道掘進頂板支護措施

1）加強巷道支架強度。在初次開展井下巷道掘進作業時，巷道極易出現變形和位移問題，所以作業人員應當考慮到支護結構的柔性與剛性，以此避免巷道出現變形與位移問題，還可以維護巷道空間的完整性，避免出現大規模返修問題。此外，作業人員還應當加強巷道支架的強度，確保圍巖具備充足的變形空間。同時關注圍巖釋壓處理，全面提升頂板支護技術的應用效果。

2）做好掘進施工技術準備。第一，結合巷道圍巖力學性質、井下地質構造信息，合理選擇支護方式。注重重點工作區域的處理，例如掘進工作面的安全處理，選擇最佳安全技術，全面維護作業區域的安全與穩定。第二，注重優化和完善巷道掘進頂板支護的施工設施，保證施工設計不存在誤差與錯誤問題。明確和完善頂板支護材料的數量、尺寸及支護方式。做好掘進人員的技術交底處理，確保其滿足技術標準和施工規范，全面提升巷道掘進施工處理的安全性。第三，推廣應用新技術和新工藝。現階段，采煤技術朝著智能化、機械化與自動化方向發展，因此在未來發展中，將會凸顯出采煤技術的密集性特點。煤礦在現代化發展過程中，必須深入分析巷道支護技術的發展現狀，同時聯合未來發展趨勢，合理引入新技術和新工藝，逐漸擴大綜合掘進系統的應用頻率與規模。當掘進巷道存在大面積斷層時，作業人員可以應用連續掘進技術，以此確保巷道掘進施工的有效性，同時可以降低頂板支護鋪設和巷道掘進難度。在多巷道開展快速掘進施工，以及在矩形斷面雙巷道開展掘進施工時，也可以應用連續掘進技術，通過快速掘進技術開展巷道掘進施工，在回風巷道通過錨桿鉆車開展錨桿支護處理，兩者可以滿足連續交叉作業要求。

3）加強巷道頂板承載性能。第一，綜合分析井下礦壓相關數據資料，深入分析圍巖性質與地質構造，確保支護技術滿足巷道作業現場需求。對于重點施工作業區域來說，例如工作面掘進區、冒頂處理區，首先應當執行科學合理的技術方案，之后全面按照方案內容實施。第二，優化設計巷道掘進頂板支護，完善支護方式、臨時支護形式與材料尺寸，對掘進作業規程進行合理化控制。

4）加大設備投入力度，優化完善掘進工藝。第一，當巷道基礎條件佳、地質構造簡單時，可以應用綜合化掘進施工技術，確保技術所用設備具備較強的破巖能力，整體結構簡單，中心位置低。在應用此種掘進作業方式時，需要綜合應用供電設備設施、錨桿鉆機與懸臂式掘進設備，且不同設備機械均具備較強生產力，能夠滿足地質條件要求。在應用掘進施工操作方法時，可以應用液壓馬達，以此提供驅動力。將自動加油裝置安裝在液壓系統上，以此保證系統運行的可靠性與安全性。針對基于PLC的天氣系統控制技術，也可以增設工況檢測和故障診斷功能。第二，針對設備投入而言，在掘進頂板支護作業中，可以應用可收縮性支架，例如錨網和錨索等，以此確保支護處理效果，應用機械化操作方式進行操作。同時，在小斷面操作時，需要應用到鑿巖臺車設備，全面加強施工操作的自動化能力。在大斷面施工作業時，應當采用TBM掘進機、綜掘機、盾構機等設備，不僅能夠改善施工作業質量，還能夠加快施工速度，實現一次成巷效果。

4 結束語

綜上所述，在新技術發展支持下，深入分析和研究煤礦井下巷道掘進頂板支護技術具有重要作用，可以提升采煤作業效率，維護采煤工作的質量與安全。因此煤礦技術人員應當學習專業的掘進頂板支護知識，積極學習和借鑒先進的技術經驗，以此優化和創新井下巷道掘進頂板支護技術，從根本上促進我國煤礦事業的可持續發展。