煤礦采煤掘進工作中高強支護技術的應用

摘要：隨著科技的不斷發展，支護技術持續進步和創新，更多支護技術的應用發揮著關鍵作用，不但可以提升煤礦采掘效率，還能確保煤礦安全與穩定生產的目標。為此，應結合圍巖構造形狀變化、預破損煤層、軟巖巷道等因素科學選用高強支護技術，嚴格控制支護細微之處，凸顯支護技術的作用，降低煤礦采掘中存在塌陷的概率。為此，本文主要分析高強支護技術及應用特點以及煤礦采掘中若干高強支護技術的應用問題，以供參考。

關鍵詞：煤礦；高強支護；安全

DOI：10.12433/zgkjtz.20231948

當前，隨著煤礦采掘量的持續增多，煤炭資源越來越匱乏，會增加煤礦采煤掘進深度和采掘難度，形成較嚴重的安全問題。為了保障高效、安全地采煤，應落實掘進支護工作，特別是針對部分較復雜的采掘工作面，高強支護技術的應用非常關鍵，技術人員應引起密切關注。只有在煤礦采煤掘進中根據具體需求選用適宜的高強支護技術，且規范實際操作流程，才可以實現更理想的支護效果。

一、高強支護技術及應用特點

（一）高強支護技術概述

應用高強支護技術旨在建設目標范圍的高強支護構造，推動穩定結構的形成，解決相關位置存在的一系列變形或坍塌問題。由于當前采煤掘進深度不斷增加，存在愈加復雜的情況，會增加煤礦采掘存在安全隱患的可能性，需要有效建構支護體系。縱觀煤礦采掘中應用的支護技術，常設計鋼絲網、錨桿、鋼筋混凝土柱等形式，可以結合各種需求，選用適宜的支護技術。此外，當前應密切關注一系列新型支護材料的應用，例如，樹脂錨桿等，提升煤礦采掘工作面的穩定性。

（二）高強支護技術的應用特點

煤礦采掘中應用高強支護技術較關鍵，可以綜合支護處理巖層構造，保障很好地支撐煤礦巷道巖壁和頂板，體現穩定性，為后續采掘煤礦奠定良好的基礎。縱觀高強支護技術在煤礦采掘中的應用情況，其特點主要表現在：第一，確保綜掘工作面的可靠性，保障巷道以及工作范圍的穩定與安全，特別是針對之前多發的坍塌、松散區域，應用高強支護技術能實現較滿意的安全保障效果。與傳統的支護架構相比，高強支護技術具有更強的穩定性，與當前愈加復雜的煤礦巷道狀況和采掘工作面需求相符，盡可能防范安全事故。

第二，高強支護技術較高效和方便，特別是在礦井采掘過程中，由于環境條件較惡劣，因此在建構有關支護架構上面臨較大的困難，如果支護機制建設較復雜，會難以實現滿意的效果。而應用高強支護技術可以精簡施工環節，應用部分強度高的組件在礦井巷道和采掘工作面迅速支護，確保建構高強的支護體系，作業強度整體較小，便于技術人員操作。

第三，具有理想的經濟效益。這不僅體現在結合安全事故的防控減小經濟損失，也體現在建構高強支護體系的基礎上實現理想效益，由于高強支護技術的應用較高效和操作，無需形成昂貴的人工費或材料費等，即使在之后的保養以及維護工作中，也不需要較高的成本支出，可以實現一次支護永久受益的效果，因此應用高強支護技術具備理想的經濟效益，值得應用和推廣。

二、煤礦采掘中高強支護技術的應用

（一）應用預留煤柱

在煤礦采掘中預留煤柱的支護方式較多見，屬于一種較傳統的支護技術，多應用于巷道下區段和上區段。與其他支護形式相比，此支護技術快捷、操作方便，因為受到采掘區域實際條件的制約，一些礦井的排水性能差、通風性不足，會增加煤礦采掘的困難，不利于提升煤礦采掘效率，而預留煤柱的支護方式能夠很好地解決上述問題，體現良好的抗壓和支護性能。然而，應明確的是，會面臨難以維護和支護成本較大的問題，對此，應用預留煤柱并非理想的選擇。

（二）應用錨桿鋼帶支護

錨桿鋼帶支護方式的基礎是錨桿支護，借助一條鋼帶與若干錨桿相聯系，基于鋼帶輔助下建構一種整體，從而提升鋼帶的抗拉性能，擴大錨桿支護區域，延長使用長度，與巷道頂板相適應，具體施工程序如下：首先，切割鋼板，制作五六根鋼帶，鋼帶的厚度為4mm，寬度為100mm，長度為4.2～5.5m。其次，在鋼帶上鉆小孔，孔徑為22mm，孔距為0.8～1.3m。當然，孔距并非永久固定，在具體施工中，能根據錨桿間距加以調整，防范存在鋼帶難以安裝的現象。錨桿鋼帶支護形式要求以切割手段制作鋼帶，滿足鋼板的相應標準，盡管可以實現理想的支護效果，但會耗費較多鋼材，為此，如果具備條件，可以通過以下方式進行優化：應用大概10mm直徑的圓鋼取代鋼板，在制作時根據700mm的尺度彎折圓鋼，根據錨桿間距加以優化，確保形成兩根錨桿一起應用的鋼帶，再借助螺栓連接錨桿和圓鋼鋼帶，從而在不切割鋼板的情況下采用錨桿鋼帶支護方式。

（三）應用可縮性支架

可伸縮性支架支護方式的好處在于不易出現形變、安裝便捷、支護強度高等，為此，可伸縮性支架也廣泛地應用于煤礦采掘工程中。通常會在掘進二次支護工作中應用可伸縮支架，可以降低煤壁片幫和冒頂的概率，煤礦采掘支護中碰到的一系列困難都能應用可伸縮性支架支護方式加以處理。具體應用環節包括：

第一，結合巷道巖層現狀設計數量相符的拱形頂梁，應用支架柱腿，但存在不同曲率半徑和相同曲率半徑的曲線型以及圓弧直線型，為了確保柱腿的可靠性，要將底座設計在巷道底板和柱腿的連接位置。如果巷道底板腳軟，可以適當增加底座面積，否則，應用小型的底座連柱腿。

第二，應用連接件使支架連接部位卡緊，需要壓實接頭位置，提升連接支架位置的摩擦力和支護質量。此后，需要設計拉桿，有效聯系支架，確保建構一種完善的支護體系，實現理想的支護效果。

第三，在完成支架設計后，應將支撐材料填充于巷道圍巖和支架間，借助支撐材料緊密聯系支架和圍巖，在一定程度上優化支架受力情況，提升支架的可靠性與安全性。

（四）應用單體液壓柱支護

高強支護技術在煤礦采掘中的應用涉及單體液壓柱，應用單體液壓柱技術重點是通過成型的單體液壓柱設施科學布置要求支撐的范圍，從而大幅提升支護質量。應用單體液壓柱常常要求設置三用閥，能實現較滿意的主體提升效果，在到達理想高度后，支護采掘工作面的相關巷道。基于此，應用單體液壓柱時高效和便捷，可以靈活布置在要求支撐的各個范圍，很好地管控高強支護工作量，實現理想的高強支護工作效果。在應用單體液壓柱上，常常要求的承載性能較高，通常需要的初撐力在90kN以上。對此，應嚴格把控單體液壓柱的布置關，特別是在設計一些重要參數（距幫、排距、柱距等）上應根據具體條件加以精準控制，通常排距和柱距大概為1m，需要控制距幫為不到0.6m。在所有煤礦采掘工作面和巷道中幾乎都可以應用單體液壓柱，限制條件不高，可以獲得普遍應用以及推廣，推動其變成高強支護點柱，從而實現較滿意的煤礦采掘工作安全保障效果。為了提升單體液壓柱使用效果，常常輔助應用金屬鉸接頂梁，建構穩定的支護體系，擴大影響范圍。同時，在拆卸時，單體液壓柱也具有顯著優勢，當煤礦采掘任務完成無需高強支護時，可以便捷地拆卸單體液壓柱，需要實時打開三用閥，消除單體液壓柱的壓力，從而直接拆卸。

（五）應用噴射混凝土支護

噴射混凝土支護技術是指在巷道圍巖噴射混凝土，提升圍巖的可靠性，最終實現高強支護目標的一種技術。該技術在煤礦采掘中的應用較為典型，應用流程如下：

第一，攪拌混凝土。攪拌混凝土的形式包括：首先，干式攪拌，即在干燥條件下均勻攪拌混凝土原料（砂石和水泥等），再將速凝劑混入其中，且結合壓縮空氣在巷道圍巖上噴射速凝劑和混凝土，此方式對操作者的技術標準較高，嚴格控制水灰比，特別不允許有較粗的砂石混入，根據實際條件控制使用的水泥量，一般確保混凝土為28～34MPa的強度，可以與巷道圍巖有效融合，然而，干式攪拌混凝土的技術會出現較大的粉塵污染問題，為此，在具體應用中的制約要素較多。其次，濕式攪拌，即在采掘場攪拌混凝土，再噴射至巷道圍巖。濕式攪拌的優勢在于攪拌完成后能迅速投入應用，劣勢是效率低、混凝土凝結需相應的時間，為此，濕式攪拌難以在實時性支護中應用，然而，可以很好地優化回彈現象，粉塵污染較低，適用于圍巖相對穩定的巷道中。同時，濕式攪拌對骨料的標準較高，如果骨料徑粗在10mm以上，含量要維持在30%以內；如果較大的骨料量度在25mm以內，禁止應用細沙。

第二，混凝土噴射支護技術的應用中應維持石子、砂、水泥的比例為2：2：1。如果不具備機械攪拌條件，人工攪拌至少為三次。完成攪拌后，檢查混凝土含水率，以手抓混凝土的方式檢驗含水率，當手抓混凝土緊握后形成一團，而松手后不易散結，意味著含水率達標。如果實施干式攪拌的方式，需要控制使用的速凝劑量，一般控制速凝劑的使用量為2.5%～4%，能由上料口位置均勻加入，噴射過程中要將隔離材料鋪設在圍巖下，方便回收彈射或滴落的混凝土。如果前期攪拌混凝土的工作較充分，能控制的回彈率低于10%。

第三，在噴射混凝土前認真檢查設備，通常控制風壓至少為0.4MPa，水壓應稍微高于風壓，維持在0.5～0.6MPa 之間。在噴射時要根據具體需求控制水壓和風壓，盡可能確保噴射面為平整狀態，防范大量回彈滴落的現象。遵循由下至上的噴射原則，先噴射圍巖墻面，再噴射拱頂，并控制工作面與噴頭的角度至少為70°，維持垂直角度是理想的噴射方法，且噴頭移動應維持螺旋形態，確保每圈直徑在200～300mm之間，噴射下一圈應壓上一圈噴射半圈。一般噴射厚度維持在50～70mm之間，再進行二次噴射，通常控制兩次噴射的時間為小于2h。結束噴射支護時，應清理滴落的混凝土，有序拆除一系列機械設施，并進行相應時段的養護，檢測噴射面強度。檢測過程中能獲取一些樣本，全面分析強度是否與噴射支護指標相符，如果達標，可以應用固有的噴射混凝土作業方式；如果不達標，應根據相關指標和要求進行優化或完善。

（六）應用光爆錨噴高強支護

光爆錨噴高強支護技術在煤礦采掘工作中的應用具有顯著優勢，可以提升圍巖構造的可靠性。特別是在改進與完善抗剪性上，優勢較明顯。光爆錨噴支護技術屬于立足于光面爆破技術的一種錨噴支護技術，能實現理想的圍巖支護效果，很好地防范圍巖構造的失穩問題。在應用該技術時，技術人員要先對要求高強支護的范圍進行光面爆破，推動平整巖面的形成，為日后應用錨噴支護打下良好的基礎或營造理想的條件。在錨噴支護中應科學打設錨桿，再通過有關錨桿掛設鋼筋網，從而在均勻噴射混凝土材料的基礎上建構有效的支護體系，很好地處理圍巖變形的情況。在應用光爆錨噴高強支護技術中，錨桿可以實現滿意的支撐效果，很好地承擔圍巖存在的較大負荷。同時，從煤礦采掘工作角度看，不但要求安全可靠的圍巖狀態，還要確保采掘空間的充足化，而應用光爆錨噴支護技術可以縮小圍巖構造，節省空間，便于煤礦采掘工作的開展。

三、結語

綜上所述，由于煤礦采掘中受到地質狀況因素的影響較大，頂板裂開會造成巷道失穩或變形的現象，而高強支護技術的應用可以很好地支護巷道構造，確保巷道構造的穩定與安全以及巷道承受較大的荷載，從而減少構造負載，很好地防范巷道圍巖變形的現象。高強支護技術具有經濟性、穩定性、安全性的特點，在煤礦采掘中使用具有較大的實際作用，值得應用和推廣。

參考文獻：

[1]楊瑞.煤礦采煤掘進工作中高強支護技術的應用[J].石化技術，2020（05）：307+309.

[2]王波.煤礦采煤掘進工作中高強支護技術的應用[J].礦業裝備，2020（06）：34-35.

[3]蔣志磊.煤礦采煤掘進工作中高強支護技術的應用[J].當代化工研究，2020（12）：90-91.

[4]阮柳譚.煤礦采煤掘進工作中高強支護技術的應用分析[J].能源與節能，2018（01）：134-135.

[5]王大帥，張威，吳晨鵬，等.煤礦采煤掘進工作中高強支護技術應用研究[J].價值工程，2018，37（25）：253-254.

[6]靳亞雷.煤礦采煤掘進工作中高強支護技術應用研究[J].建材與裝飾，2018（2）：229.

[7]劉程.煤礦采煤掘進工作中高強支護技術方案研究[J].礦業裝備，2022（05）：62-63.

作者簡介：徐光（1984），男，山東省鄒城市人，本科，工程師，黨支部書記，主要研究方向為掘進支護技術。