煤礦掘進支護轉變及應變措施分析

董洪濱 郭海洋

(河南能源義煤集團耿村煤礦,河南澠池 472431)

煤礦掘進支護轉變及應變措施分析

董洪濱 郭海洋

(河南能源義煤集團耿村煤礦,河南澠池 472431)

掘進施工是一項高危工作,巷道剛開挖并沒有實施支護,容易出現冒頂、落石等一些列問題,尤其是進入深部開采以后,地質條件更加復雜,掘進支護就顯得尤為重要。文章分析了煤礦掘進支護的發展轉變以及常見的掘進支護的方式,并重點探討了現今使用較多的錨桿支護方式。

煤礦掘進支護 常見問題 處理措施 錨桿支護

煤炭是工業生產所必需的一次能源，消費量大，在我國經濟發展中發揮著重要的作用。近年來隨著煤炭資源的開采，淺部資源已經日漸枯竭，煤炭開采逐漸進入深井作業，與淺部煤炭開采不同，深井開采地應力大，圍巖變形破壞嚴重，給巷道支護帶來很大的難度，尤其是對于掘進支護。為保證施工人員的安全以及順利完成工程挖掘任務，掘進支護就顯得尤為重要。

1 煤礦掘進支護的發展現狀

1.1 巷道布置方式的轉變

隨著煤炭資源開采逐漸進入深部作業，以及相關技術的不斷完善和發展，煤礦巷道布置方式也發生了重大的轉變。首先，巖石巷道向煤層巷道的轉變，以往為了降低支護難度，巷道布置一般選用地質條件較好的巖石巷道，掘巷時間長，耗費大量的人力和物力，新時期隨著支護技術的發展，也為了減少煤礦建井周期，使得煤礦迅速投產，巷道布置在煤層之中。其次，巷道斷面形狀及大小的轉變，以往由于技術達不到或者說是減少投入成本，巷道斷面一般設計為拱形小斷面，現今一般設計為矩形大斷面，方便大型機械化連續施工。再者是回采巷道數量的轉變，深井開采地質條件復雜多變，為相應國家號召建立大型礦井，巷道通風量需求和運輸任務量大，因此新型礦井設計為多巷布置。

1.2 巷道掘進支護設備的轉變

巷道支護設備經歷了四個階段，即木支護、砌碹支護、型鋼支護以及錨桿支護，錨桿支護是現在應用較多的掘進支護方式，但是隨著科技的發展，有些煤礦的錨桿質量依然沿用以前的低強度、低剛度的被動支護設備，有些已經不適應現代礦井掘進的需要，尤其是進入深部開采以來，地質條件比較復雜，高應力、破碎圍巖的支護環境不能只是單純的被動支護，而是應該采用新型的錨桿技術，如高預應力的錨桿、樹脂錨桿、注漿錨桿等，及時主動的控制圍巖變形，發揮圍巖的自身承載能力，給圍巖增加約束力，提高圍巖強度，保持圍巖穩定。

2 煤礦掘進支護的應用

2.1 吊環式前探梁的應用

巷道掘進的臨時支護可以采用前探支架，即三根吊掛式的前探支架，使用的前探梁材質有礦用工字鋼或者π型鋼，但使用長度應該不小于三米，保證工人有安全的作業環境。三根吊掛式的前探支架布設方式為：其中一根沿著掘進巷道中線，另外兩個前探梁布置在巷道中線前探梁的兩側，間距控制在一米左右，并且在構建臨時支護時，必須對前探梁予以固定，每根前探梁的固定點數不得小于二個。巷道掘進后的表面并不平整，前探梁安裝支設后會與巷道表面存在間隙，因此需要采用礦用的方木、構木、木楔等材料充填間隙，使得前探梁發揮完整的承載能力。前探梁支設及時進行，一般要在掘進斷面后方0.3m以內，超前支護設置也應該在此范圍內進行，用錨桿固定吊環，吊環強度應與前探梁強度相耦合。

2.2 吊鏈式前探梁的應用

吊鏈式前探梁是在吊環式前探梁基礎上發展起來的，布設方式相思，使用3.5m以上的π型鋼作為前探梁材料，固定還是采用吊環，但是使用吊鏈式前探梁之前，首先要敲幫問頂，清理巷道四周的浮矸活石，確保不存在不安全因素之后，再向前移動前探梁，嚴禁空頂作業。巷道掘進中也可以使用單體液壓支柱支設前探π型鋼，達到臨時支護的目的。

3 錨桿支護技術在煤礦掘進巷道中的應用

錨桿支護理論已經相對完善，有懸吊理論、組合梁理論、錨桿鍥固作用、減跨作用等，現今已經形成了一套成熟的支護體系。錨桿支護是一套柔性支護方式，屬于主動支護，其能充分發揮圍巖的自身承載能力，控制圍巖的離層和滑動，提高巖體內聚力和內摩擦角，抑制圍巖繼續變形與破壞，形成承載結構，改善圍巖的賦存結構，該技術實施靈活且容易操作，在煤巷軟巖類中掘進支護中應大力推廣。

巷道洞室掘進開挖必然破壞原有的地應力平衡，引起巷道圍巖應力的重新分布，個別區域會出現應力集中現象，如果集中應力超過圍巖的承受極限，圍巖就會出現塑形變形，釋放部分的應力，這時圍巖并不是完全喪失承載能力，還存在一定的殘余強度，如果及時進行巷道支護，給圍巖增加約束力，提高圍巖強度，保持圍巖穩定。錨注聯合支護結構，提高圍巖強度，并進行關鍵部位補強的手段，能夠充分發揮圍巖的自承能力，適合煤巷掘進支護。

錨注支護在初期臨時支護后，圍巖還可以繼續進行變形，釋放塑形能量，最佳支護時間是以變形形式轉化的工程力和圍巖的本身承載力最大，而工程支護力最小時進行后期支護，目的就是避免出現松動破壞的時刻，充分發揮圍巖塑性區的承載能力。利用錨注加固使得所形成的混凝土結構與圍巖形成一個統一的整體，并通過注漿封閉圍巖節理裂隙，把破碎的圍巖結合起來，共同承受圍巖自重和上部的礦山壓力作用，抑制圍巖變形，提高圍巖自穩能力。此支護結構具有較強的剛度，并且還具有一定的柔性，在受到較大壓力作用下時會相應的進行變形釋放能量，但整個支護體系不會喪失支護能力，整體上可大大提高了圍巖的自承能力。

4 結語

巷道掘進支護是保證掘進施工安全的重要措施，錨桿支護已日趨成熟，已經建立了一套成熟的支護體系，大力發展錨桿支護，對于煤礦掘進安全施工非常重要。錨注聯合支護體系與圍巖接觸面積較大，全面接觸改善圍巖載荷的受力分布及其之間的作用效果，使支護結構與圍巖形成一個統一的整體;強調臨時支護的效果，在初期階段控制圍巖變形，初期支護與永久支護相互協調配合，選擇圍巖變形的最佳時間，達到最優支護狀態。

[1]蘇東懷.探討煤礦掘進支護中存在問題及應對措施[J].科技風,2014.

[2]周博.煤礦掘進支護問題及應對方法分析[J].企業技術開發,2014.

[3]劉建忠.錨桿支護技術在煤礦掘進巷道中的應用[J].科學之友,2013.

董洪濱,男,(1983.03—),河南柘城人,畢業于安徽理工大學采礦專業,學士,研究方向開掘。