高強支護在采煤掘進過程中的技術應用

鄒晨濤

（兗礦能源集團股份有限公司南屯煤礦 山東鄒城 273500）

煤炭是現代工業生產和人們生活中應用最為廣泛的一種能源資源，其在促進社會經濟發展、提升人們生活水平中起到至關重要的作用。近年來，我國對于煤炭資源的需求量不斷增加，采煤產業獲得了快速發展。結合煤炭采掘實際可知，現階段，離地表較近的煤炭資源已基本開采完畢，如果要增加煤炭產量，滿足工業生產及社會經濟發展需要，還需要持續性加深采礦深度。在采煤掘進過程中，積極開展巷道支護工作，能有效避免煤炭資源采空、圍巖應力變化所產生的巷道移動、變形和坍塌陷落問題，確保采礦作業的安全性。高強支護是現階段煤礦采煤掘進支護的常用技術，出于煤礦生產安全性考慮，有必要關注高強支護技術要點，確保采煤掘進作業的安全性和穩定性。

1 高強支護技術內容特點和主要作用

1.1 內容特點

提高巷道的牢固性和穩定性是高強支護技術應用的主要目的。在煤礦企業的生產過程中，采礦人員會系統收集、監測、分析巷道的基礎數據，展開巷道實地檢驗，以此來完成收集信息判斷和歸類。隨后，結合這些信息，采礦工作者會設計出具有較高科學性、可行性的支護方案，并通過該方案對礦井巷道整體穩定性不強的區域進行支護，這為后續的采礦施工奠定了堅實的基礎。現階段，在采礦掘進作業中，高強支護技術的應用范圍不斷擴大。結合礦井巷道支護實際可知，高強支護技術不僅具有操作便捷、安裝簡單的特點，而且其在礦井巷道支護中的安全性較高，成本較為低廉，具有廣泛的適用性。從高強支護體系應用效果來看，其在提升煤礦掘進巷道圍巖承載能力的基礎上，有效地保證了巷道整體的穩定性，為采礦人員創造了安全的作業環境，有效地滿足了新時期的采礦工作需要［1-2］。

1.2 主要作用

高強支護是基于采礦工作實際而出現的新產物，現階段，其已經在煤礦開采中得到了普及和應用。從煤礦開采掘進和支護工作實際可知，高強支護技術的作用表現為如下幾個角度。一方面，高強支護本身是一種切實有效的支護方式。分析采礦行業現狀可知，當前，我國煤礦開采的環境較為復雜，一是隨著淺表煤炭資源的減少，煤炭開采掘進的深度不斷增加；二是采煤作業中經常會遇到不同類型的區域，這些惡劣的作業環境會給采煤工作開展帶來較大影響，導致采煤巷道出現結構破碎、脫落、坍塌等問題。通過高強支護技術的應用，能從前期階段避免這些問題的發生，保證了煤礦采煤掘進作業的安全性。另一方面，采煤掘進作業中，礦井巷道圍巖滑移、坍塌、陷落等問題的發生會給采煤人員的作業安全帶來較大威脅，因此，如果在采煤掘進的基礎上開展同步支護工作，就能營造良好的作業環境，有效保證作業人員的安全性。此外，采礦行業本身屬于高危行業，近年來，我國對于采礦行業生產與發展的重視程度不斷增強。在煤炭開采過程中，嚴格遵守安全生產條例，進行生產人員、設備、技術、環境等多元要素的管理，是保證煤炭開采掘進工作安全落實的基本要求。采煤生產中，高強支護技術的應用適應了新時期煤礦企業安全生產的要求，構建了良好的采煤掘進工作環境，有助于煤炭礦產開采行業的有序發展。

2 采煤掘進過程中高強支護技術應用

2.1 錨桿支護

煤炭資源的采掘會使得原有的地層結構遭到破壞，這在改變礦井圍巖結構應力狀態的基礎上，降低了圍巖的穩定性和安全性。基于此，需對開采掘進的圍巖進行支護。錨桿支護是應用較為廣泛的一種支護技術，該支護技術體系下，井下工作者會將錨桿端部深入到較為穩定的地層當中，然后結合巷道實際，盡可能地組合錨桿，這樣錨桿組合拱和組合梁會共同存在于巷道當中，有效地保證了巷道圍巖結構的穩定性，避免了采煤工作面冒頂、陷落等問題的發生。相比其他支護技術，錨桿支護技術的應用本身具有較強的靈活性、適應性，在錨桿支護設計應用中，還應注重以下要點。

其一，在使用錨桿支護技術時，井下工作人員應注重巖層構造的認真排查，要求系統掌握巷道使用時間和圍巖結構應力情況，結合巷道的實際情況進行錨桿結構設計。當采煤掘進巷道形成的時間較早，則其極有可能存在巷道圍巖分化問題，這容易擴大巖層斷面面積，對此，在使用錨桿支護技術時，應確保錨桿能達到1.5m左右的空頂距離，并且應配合做好混凝土噴射工作，確保采煤掘進工作面構造的穩定性。

其二，采煤掘進施工中，使用錨桿掘進技術還應重視錨桿長度的控制。通常，煤礦井下工作人員需在懸吊理論的指導下，系統開展錨桿長度參數的規劃和設計。在實際計算中，需考慮巷道跨度、頂板煤層抗拉強度、原巖水平應力分量等因素，同時，需對錨桿安全系數、錨桿長度、錨桿有效長度等要素進行深層次分析，以此來實現錨桿具體長度的有效計算。

其三，在錨桿間排距設計中，應認識到Φ20mm×2000mm的等強左旋螺紋鋼錨桿在煤礦中的應用較多，在其間距計算中，還需考慮錨桿直徑、桿體抗剪強度、頂板抗剪安全系數等多元要素。

其四，除控制錨桿長度、間距外，還應注重錨桿安裝過程的系統管理。通常，在錨桿安裝打眼階段，要求錨索孔深偏差保持在0～200mm，錨桿孔深偏差保持在0～50mm，鉆孔直徑與桿體桿直徑偏差小于10mm。具體安裝階段，要求錨桿露出部分長度控制在螺母外10～40mm，錨桿排間距誤差保持在±100mm 以內等，這樣能有效保證錨桿支撐結構體系的完整性，提升支護效果，創造安全的采煤掘進作業環境［3-4］。

2.2 超高強噴射混凝土技術

煤礦深部巷道支護中，可使用超高強噴射混凝土技術進行支護管理，這與超高強噴射混凝土本身的技術優勢具有較大關系。結合煤礦生產實際可知，深部巷道本身具有地質環境復雜的特征，這主要表現在作業空間有限、巷道封閉性特征突出、圍巖構造不穩定現象明顯等諸多層面，這些問題會造成采礦工作面圍巖結構的不穩定，間接性引起圍巖變形、松動等問題，影響了采礦作業的穩定性、安全性。對此，可通過超高強噴射混凝土技術進行采煤掘進面地支護處理。現階段，超混凝土支護技術的應用包含兩種基本形態，除潮式高強混凝土噴射技術外，濕式混凝土噴射技術也獲得廣泛應用。超高強混凝土噴射施工中，先需要進行骨料和水泥材料的攪拌，然后添加相應的水分來發揮濕潤的功能，在完成材料混合配置后，需在壓縮空氣的做作用下，將材料推送到噴射區，這樣能有效保證加強支護區域的穩定性。從煤礦采煤掘進面支護效果來看，使用超高強噴射混凝土技術后，能充分保證礦井巷道巖石結構的完整性，強化原有結構的強度，這樣能在提升礦井巷道巖石穩定性和承載性能的基礎上，確保采煤巷道掘進施工的安全性。

2.3 預留煤柱技術

預留煤柱是較為傳統的一種支護技術，相比其他巷道支護技術，預留煤柱支護技術的應用過程較為簡單、便捷，其能在保證巷道上下兩區段施工安全的同時，實現巷道通風能力和排水能力的全面提升。但不可否認的是，通過預留煤柱進行采煤掘進巷道支護時，采礦企業需要消耗大量的人力、物力資源作為支撐，在該環節中，若受到外部壓力，煤柱的荷載還會發生轉移，即煤柱上部的荷載會通過柱身傳遞給巷道底部，這對于采煤掘進巷道其他部位具有較大影響，降低了煤礦巷道的安全性。另外，從預留開始后，煤柱長期、持續的處于高壓作用下，在屈曲作用下，預留的煤柱有可能會損壞，這大大降低了煤柱對采煤巷道頂板的支護效果。新時期，為充分保證煤礦作業安全性，采用預留煤柱技術進行采煤掘進巷道支護時，還能夠注重其應用要點的有效分析。

2.4 聯合高強支護技術

新時期，人們對于采煤掘進使用的安全性提出了較高的要求，基于此，聯合高強支護技術在采煤掘進巷道支護中得到了廣泛應用。結合煤礦巷道支護實際可知，所謂的聯合高強支護技術，重點應用在噴射混凝土支護構造功能退化的時候，該階段中，既有支護結構的功能會逐漸退化，這降低了采煤挖掘巷道的整體性、完整性，容易引起安全隱患問題，可通過U型鋼可伸縮支架進行聯合支護處理。從應用過程來看，使用U 型鋼可伸縮支架，能有效地適應煤礦開采掘進巷道的實際應用情況，并且在巷道變形過程中，其不僅考慮了煤層構造側向變形，而且統籌了巷道頂板的變化，具有良好的防護效果。聯合高強支護技術應用中，支護操作所使用的材料較為廣泛，主要材料不僅包含混凝土、金屬網，而且包含設計鋼筋網、塑料網，其中，鋼筋網背板的應用最為廣泛。在該材料應用中，應先注重巷道的系統觀察，尤其是要考慮巷道頂板的變化情況，為后期鋼筋網背板的應用創造良好條件，同時，在具體應用階段，應注重鋼筋網背板與錨桿的結合，在此基礎上，應使用U型鋼可伸縮支，以此來形成具有更強支撐、防護性能的聯合支護結構，確保采煤掘進巷道的穩定性［5-6］。

2.5 其他支護技術

現階段，采煤掘進過程中高強支護技術的應用形式逐漸廣泛，收縮支架支護、型鋼材料支護也是兩種較為常見的高強支護形式。采用收縮支架支護時，若支護巷道的對象截面積不超過28cm，則可采取Ⅲ類或者Ⅳ類可縮性支架對其進行支護應用；從支護效果來看，這種可收縮性的支護手段能夠有效的提升巷道的穩定性和安全性，確保煤炭開采的效率與質量。而當使用型鋼材料支護時，應深化其在圓形、橢圓形及半圓拱形巷道中中的應用。實際應用中，應結合巷道的結構形態選擇型鋼材料尺寸大小及橫斷面形狀，同時，應注重巷道所傳遞的橫向及縱向荷載可以得到有效承擔，確保了井下巷道作業的安全性，此外，應做好材料本身控制，確保材料具有良好的抗壓、抗拉及抗剪性能，滿足巷道支護實際需要。

3 煤礦采煤掘進中提升高強支護技術應用水平的對策

3.1 系統開展采煤掘進支護準備工作

系統、全面地開展前期準備工作，能為高強支護技術的應用創造良好條件，確保煤礦采煤掘進巷道支護的整體質量。一方面，在煤礦采煤掘進及支護施工中，先應進行煤礦井下掘進區域地質水文環境的有效勘查，該環節中，除進行環境濕度、地質條件要素勘察外，還應準確了解采煤掘進巷道的地形、地貌，然后結合煤礦采煤掘進相關規定和標準，對這些因素進行分析，為后期掘進工藝應用和支護工藝的設計奠定良好基礎。另一方面，初期階段完成采煤掘進巷道支護方法設計后，還應對設計的方案進行深入討論，結合現場踏勘結果，及時改進和完善支護方案中的問題，確保巷道支護方案能為后期工作的開展提供制度。另外，在確定具體支護方式后，應積極安排支護材料進場。在支護材料進場階段，要求對材料的規格、質量和數量進行檢查。以鋼結構支護材料為例，除考慮材料抗壓能力、抗剪能力外，還需要對材料的抗壓能力進行檢測，為支護材料的后期應用奠定良好基礎，確保采煤巷道的穩定性、安全性。

3.2 重視采煤掘進巷道支架結構設計

支架結構在采煤掘進巷道中的應用較多，在高強支護技術應用中，應確保高強支護技術體系下支架結構應用的合理性。首先，在采煤掘進的初期階段，就必須重視多元支護方案的系統設計，并做好設計方案的對比，實現采煤掘進巷道剛性支護與柔性支護的有機統一。其次，使用高強支護架構時，要求重視支護結構與采煤掘進巷道空間結構的對接，要求盡可能地保證空間結構的整體性，避免大范圍返修問題發生。同時，支架材料的應用對于高強支護技術應用效果具有較大影響，采煤掘進巷道中所使用的高強支護材料較多，除螺紋鋼錨桿、鋼筋鋼帶、錨索外，金屬菱形網、樹脂錨固劑等都是較為常用的支護材料，在這些材料應用中，應重視其材質、規格、型號和用途的系統考慮。比如，在金屬菱形網支護材料應用中，應選擇10號鐵絲完成護頂、幫等部位的處理，滿足巷道整體防護需要。最后，在采煤掘進巷道支架結構設計應用中，還需要重視巷道圍護結構內力作用演變的分析，并對支架結構的受力情況進行分析，確保支護體系的穩定性，滿足煤礦采煤掘進防護需要。

3.3 新技術的推廣應用

伴隨著安全化生產的進一步發展，煤礦企業的自動化、機械化、智能化水平不斷提升，這從根本上優化煤礦企業的生產方式和作業形態，并對細部環節的操作施工帶來較大影響。就井下巷道掘進施工而言，新技術和新設備的應用實現了其施工效率和質量的全面提升，確保了作業人員的人身安全。因此，就整體支護過程而言，其同樣需要進行新技術和新設備的推廣與應用。例如，斷面層是煤礦巷道掘進中經常遇到的問題，一旦斷面呈體積較大，就會對整體的施工過程造成影響，此時，通過連續掘進新技術的應用，就可以實現這些問題的有效控制，并最大限度地降低頂板支護難度，確保頂板支護質量提升。

4 結語

高強支護技術的應用對于采煤掘進工作具有較大影響，其能創造良好的采煤工作環境，確保采煤掘進的安全性。新時期，煤礦工作人員只有充分認識到高強支護的內容和技術特征，結合煤礦開采實際，深化支護技術應用，并加強不同類型高強支護技術應用過程控制，這樣才能有效提升采煤掘進巷道支護效果，保證巷道作業穩定性、安全性，促進煤炭開采行業的有序發展。