煤礦巷道掘進頂板支護探討

陳昊

【摘? 要】近年來，中國的煤炭工業發展迅速。但煤礦生產過程中的頂板事故頻繁仍然是整個行業發展中較為突出的問題。因此，必須加強對煤礦頂板支護技術的開發和優化。只有不斷地分析探索總結經驗，改進提升掘進施工技術，加強頂板支護管理才能有效防止頂板事故的發生。論文對地下煤礦巷道頂板支護形式進行詳細的分析，闡述了可能會造成頂層支護問題的不利因素及技術難點，并提出了有待改進的巷道頂板技術管理措施。

【Abstract】In recent years， China's coal industry has developed rapidly. But the frequent roof accidents in the process of coal mine production is still a more prominent problem in the development of the whole industry. Therefore， it is necessary to strengthen the development and optimization of coal mine roof support technology. Only by continuously analyzing， exploring and summing up experience， improving tunneling construction technology and strengthening roof support management can the occurrence of roof accidents be effectively prevented. This paper makes a detailed analysis of the roof support forms of underground coal mine roadway， expounds the disadvantageous factors and technical difficulties that may cause the problem of roof support， and puts forward the technical management measures of roadway roof that need to be improved.

【關鍵詞】煤礦;巷道掘進;頂板支護

【Keywords】coal mine; roadway excavation; roof support

【中圖分類號】TD263? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2021）08-0191-02

1 井下掘進工作面基本頂板支護技術

錨桿支護技術在我國使用最廣泛，在改善煤礦巷道布局和增加煤礦產量方面具有明顯的作用和功能。分為塑料錨桿和金屬錨桿，其中木錨桿由于支護強度相對較低目前已基本不再使用。成套金屬錨桿由螺栓主體，托盤，錨固劑，鋼帶和網狀螺組成。對巖石施加的作用力能提升巷道周邊巖體的整體強度，對抗因采礦中影響對巷道產生的拉力，避免周圍的巖石出現裂縫，或影響整體的穩定性。對抵抗巷道應力變化和防止變形發揮了積極的作用。如下圖1為錨桿支護的煤礦巷道示意圖。

錨桿的作用原理來自組合拱原理，該原理認為，當將預應力錨桿插入拱形道路圍巖的斷裂區域時，當錨固時會出現壓力應力的圓錐形分布。施工在巷道周圍的錨桿空間足夠小，那么每個桿體間的壓應力將互鎖，從而使道路周圍的巖層形成一個連續的結合區（弧）。正如拱頂主體起到加強支撐外部壓力的巖層的作用一樣，該連接拱可以承受上部巖石的徑向載荷。錨桿支護的優點是利用錨桿和圍巖共同作用，形成一條完整，穩定的巖帶，并通過圍巖內部的錨桿改變圍巖的機械狀態，保持巷道的穩定性。錨桿不僅具有良好的支撐效果，而且還節省了材料，它結構簡單，適合機械化作業，施工快捷。但是，錨桿不能覆蓋圍巖以防止圍巖的侵蝕。錨桿之間的裂紋不能防止巖石剝落。

錨索支護方式是一種使用錨索、金屬網和鋼帶進行拼接支撐的支撐方法，該支護方式通常與錨桿技術配合使用，是煤礦井下掘進支護巷道中使用比較多，并且施工技術也越來越成熟。施工完成后被混凝土覆蓋后完全隱蔽，造形安全美觀，因此，如果要推廣和實施這種支撐技術，應注意并做好以下工作：一是做好地質報告工作。二是做重點分析巷道板的性質，依照巖體的穩定性和巖石的破碎程度，合理計算參數。當圍巖比較堅固時，可以每間隔兩排錨桿補打一排（兩根）錨索。如果巷道圍巖巖性差不穩定，可以間隔一排錨桿用2-1-2方法補打錨索，保證支護對頂板有足夠的抓力。三是做好現場的指導和監督。四是抓好質量標準化。五是做好礦山壓力監測工作。工作面采動因素對掘進巷道的支護形式會產生重要影響，要根據一次二次采動情況，合理的對圍巖進行必要的加固措施聯合支護，像采煤工作推進幾十米后的第一次大規模的巖石城落時，必須對臨近掘進工作面進行加固處理，防止巨大的應力波動造成掘進工作面的巷道變形影響施工。六是在特定區域合理使用支護形式。它的優點是可以承受更大的壓力。巷道起到非常好的支護效果。施工前要對巷道的地質構造充分了解，重點分析巖石性質及承重能力。這樣才有效發揮其作用，利用深層次的支護體系緊固圍巖形成一個整體，從而提高支撐效果的完整性，并可以最大程度的增加巖體的承載能力;連續表面之間的抗剪強度提高了圍巖的整體效果。根據巷道堅硬程度，分為兩幫穩定和楔形破壞情況，建立頂板支護力學模型如圖2所示。

2 影響煤礦頂板支護穩定性因素

2.1 圍巖狀況是影響煤礦巷道穩定性的重要因素，也會給巷道的支護帶來一定的困難

在開挖巷道的過程中，圍巖是非常重要的影響因素。盡管圍巖可以在一定程度上起到輔助作用，但是它可能在巷道掘進施工過程中引起圍巖應力變化，從而導致巷道總體位置發生偏差變形。如果裂隙水源，則會加速圍巖軟化，嚴重影響巷道的受力平衡。地質結構也是煤礦巷道施工中要考慮的因素。如煤礦巖石的硬度，節理和床層的發育，頂板穩定性等。 分析危險因素，讓井下掘進工作面可以在保證安全的前提下進行作業。當掘進面的圍巖非常穩定時，經過技術管理人員現場分析，在滿足安全條件的前提下可以簡化支護形式，對于地質復雜的斷面，必須仔細分析每個影響因素，以避免不利的施工影響。

2.2 掘進施工工藝

在一般情況下，煤礦巷道的施工將采取同時掘進和支護的形式。當前，鉆爆法主要用于煤礦的掘進中，在一些難以掘進的地方使用機械設備進行爆破。爆炸性沖擊波和振動將不利地影響巷道的穩定性，并且還將引起巷道的應力狀態的改變。 如果不采用有效的輔助技術，并根據實際情況進行施工，就會發生應力失衡引起落矸的情況，嚴重損害巷道安全施工。

3 提高煤礦巷道支護技術的措施

3.1 優化施工方案

①在支護巷道頂板時，應根據巷道周圍巖石的地下地質結構和力學性能，采用適當的支護方法。特別是必須詳細做好重要掘進工作面的安全保護工作，必須通過先進的安全控制技術確保整個工作面的安全。

②設計和施工工藝必須完善。在工作面掘進過程中，為避免支護工作設計施工時出問題，制定相應的技術措施，詳細說明工作面的支護形式、數量和方法，及時開展技術交底工作，鼓勵井下施工人員自查互查，保證支護措施有足夠的支撐能力，確保巷道安全。

3.2 應加強安全管理

在煤礦井下巷道掘進過程中，巷道支護受各種外部條件影響，容易產生塌方問題。需要采取嚴格的管理措施，以加強對技術安全的監督管理。一是必須建立和發展一種安全控制和管理機制，為支護過程的安全性和效率提供制度性保證。質量控制和檢查機制是必不可少的重要組成部分。井下人員在工作中必須嚴格遵守各種制度，以確保及時發現問題并及時進行處理，確保井下安全的施工環境。二根據現場情況，綜合考慮，科學使用安全可行的支護形式，優化支護效果。三是嚴格對施工技術人員進行培訓。專業的操作能力和對施工人員素質的全面了解會對施工質量有良好的促進作用。要建立一支高技術施工管理隊伍，增強相關人員的安全自我保護意識，加快支護效率和可行性。

3.3 預留煤柱技術

它是一種非常重要的傳統支護形式。它的成本通常較高。在上區段回風巷留出一定寬度的碳柱，以確保回風巷道的頂部區域有足夠的壓力支撐。單獨的碳柱的支撐技術相對簡單，這對通風和排水很有用。不利的一面是支撐技術相對昂貴，煤柱造成的過多損失增加了道路維護的難度。壓力傳到巷道底部，會直接影響鄰巷道的巖性穩定，并對相鄰煤層的開采安全構成一定的威脅?？赡軙趪鷰r臂中造成安全隱患。為了保證施工安全快速進行，要采取措施減少煤層沖擊地壓的影響。通過科學計算留有一定尺寸的煤柱，并加強對煤柱巷道的日常壓力監測和管理。

3.4 改進支護技術

確保對頂板有足夠支撐的承載能力。掘進巷道時必須及時進行支撐，該過程需要改進適用的支撐結構，確定支護材料的完整可行性。

3.5 引入新的技術和工藝

選擇科學先進的掘進巷道方法和技術，綜合評估各種因素，使用新技術和施工方法，不斷提高機械化自動化操作能力，減輕井下施工人員的施工強度，提高工作效率。

4 結語

煤礦井下巷道支護是保障整個礦山生產系統中最重要的組成部分之一。施工中，要根據掘進現場的圍巖穩定情況選擇合適的支護類型。當前，我國最常用的支護技術主要是剛性，可伸縮和預制支撐。為了保護煤礦正常生產為井下作業人員創造良好的工作環境，需要對巷道支護技術進行大量研究和討論以改善煤礦的發展。

【參考文獻】

【1】薛永軍.煤礦巷道掘進頂板支護分析[J].西部探礦工程，2020，32（04）：161-162+165.