煤礦采煤掘進(jìn)工作中高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用探討

王曙光

（中煤新集二礦，安徽 淮南 232000）

1 高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)及其應(yīng)用特點(diǎn)

1.1 高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)概述

采用高強(qiáng)度支護(hù)技術(shù)，在靶區(qū)建立高強(qiáng)度支護(hù)，以保證靶區(qū)更安全、更穩(wěn)定，并有效地應(yīng)對(duì)靶區(qū)可能發(fā)生的各種塌落、變形等問(wèn)題。隨著我國(guó)煤礦資源開(kāi)發(fā)利用的深入程度越來(lái)越高，面臨的情況也越來(lái)越復(fù)雜，在煤礦資源開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中，煤礦資源開(kāi)發(fā)利用的重要性也越來(lái)越突出。在目前煤礦采煤掘進(jìn)工作中，經(jīng)常會(huì)應(yīng)用鋼筋混凝土柱、錨桿以及鋼絲網(wǎng)等各種處理手段，可以根據(jù)不同的情況，采取與之相適應(yīng)的處理方式，從而更好地強(qiáng)化相應(yīng)煤礦采煤區(qū)域的穩(wěn)定性。在目前階段，樹脂錨桿作為一種比較重要的一種高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用材料，也要給予足夠的關(guān)注，讓它可以更好地服務(wù)于煤礦采煤掘進(jìn)工作，確保相應(yīng)工作面的穩(wěn)定性和可靠性。

1.2 高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)

在煤礦回采中，采用高強(qiáng)度支護(hù)技術(shù)，能夠更好地對(duì)圍巖進(jìn)行整體支護(hù)，確保煤巷中的巷道及圍巖受到有效的支護(hù)，達(dá)到理想的高度穩(wěn)定狀態(tài)，為煤礦的正常生產(chǎn)提供了有利的條件。從煤礦采煤掘進(jìn)工作中高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)上來(lái)看，其主要表現(xiàn)如下：首先，高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用可以更好地確保掘進(jìn)工作面的穩(wěn)固性，提高巷道及其工作區(qū)域的安全性和可靠性，尤其是對(duì)以往經(jīng)常出現(xiàn)的一些松散和有坍塌隱患的地區(qū)，更是可以通過(guò)高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用獲得較為理想的安全保障效果。與常規(guī)支護(hù)結(jié)構(gòu)比較，高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的穩(wěn)定性更好，必然可以適應(yīng)目前日趨復(fù)雜的煤礦采煤掘進(jìn)工作面及其巷道，最大程度地降低安全事故的發(fā)生概率。其次，高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用更為便捷、高效，尤其是在煤礦下，因地質(zhì)條件更為復(fù)雜，對(duì)高強(qiáng)支護(hù)體系的構(gòu)建提出更高的要求，使得高強(qiáng)支護(hù)難以達(dá)到預(yù)期的防治效果。高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)可以顯著地簡(jiǎn)化施工處理過(guò)程，它能夠在一定的高強(qiáng)度的組件的幫助下，在煤礦的采煤掘進(jìn)工作面及其巷道中進(jìn)行迅速裝配，形成一種更加高效、可靠的高強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)，整個(gè)過(guò)程的工作強(qiáng)度不大，方便技術(shù)人員的操作和實(shí)施。除此以外，高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)在煤礦采煤掘進(jìn)工作中的應(yīng)用還可以產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)效益，它不但可以通過(guò)防治安全事故來(lái)降低經(jīng)濟(jì)損失，而且還可以在高強(qiáng)支護(hù)體系的構(gòu)建上，表現(xiàn)出較高的經(jīng)濟(jì)效益，整體操作更加高效便利，不會(huì)出現(xiàn)較高的材料費(fèi)和人工費(fèi)。在對(duì)高強(qiáng)支護(hù)體系進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的維護(hù)與養(yǎng)護(hù)時(shí)，通常也不會(huì)有太大的投資，能夠達(dá)到一勞永逸的效果，從而進(jìn)一步提升高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益，極具推廣價(jià)值。

2 煤礦采煤掘進(jìn)中采用高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

我國(guó)擁有豐富的煤礦資源，在早期階段，煤礦的開(kāi)發(fā)以淺部及相關(guān)的深部煤層為主，因其開(kāi)發(fā)區(qū)域的局限性，導(dǎo)致煤礦的掘進(jìn)程度較低。隨著開(kāi)采區(qū)地質(zhì)條件的日趨復(fù)雜，開(kāi)采過(guò)程中各種開(kāi)采安全事故頻發(fā)。根據(jù)不同的煤層特點(diǎn)，合理地選取合適的煤層支撐方式，是保證煤層安全的重要途徑。高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是：①它在煤礦資源區(qū)的巷道和巖石的支護(hù)中具有更好的作用，可以保證安全高效的施工。②高強(qiáng)度支撐技術(shù)對(duì)費(fèi)用的要求較低，具有較好的技術(shù)性能價(jià)格比。③與該煤礦的高強(qiáng)度支撐技術(shù)和裝備相匹配，在布置上比較簡(jiǎn)單，更加方便施工和作業(yè)。

3 煤礦采煤掘進(jìn)工作中應(yīng)用高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的主要問(wèn)題

在煤礦采煤掘進(jìn)工作中，經(jīng)常使用技術(shù)的是噴射混凝土支護(hù)技術(shù)，它可以對(duì)所有的施工工序進(jìn)行覆蓋，在實(shí)際應(yīng)用中，最常用的是水泥包沙支護(hù)和干噴兩種形式。干式噴射是將混凝土、速凝劑、水泥等進(jìn)行混合，再加入水形成可噴射的漿液，從而對(duì)混凝土進(jìn)行強(qiáng)化。這一部分的技術(shù)要求比較高，對(duì)水泥、沙子、壓縮空氣等元素的運(yùn)用，都要符合試驗(yàn)的要求。另外，由于礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)和周圍環(huán)境的不同，由于采掘條件的嚴(yán)酷，造成支護(hù)技術(shù)的失敗現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。高強(qiáng)度支護(hù)工藝與煤礦的開(kāi)采工藝關(guān)系密切，但同時(shí)也是一個(gè)容易發(fā)生事故的部位。在煤礦中，采用的高強(qiáng)度支護(hù)技術(shù)在創(chuàng)新性方面并不是很好，在實(shí)施特定的支護(hù)時(shí)，很容易造成煤礦開(kāi)挖區(qū)的裂隙和整體的滑移，從而造成巖石松動(dòng)或開(kāi)挖區(qū)的坍塌。由于高強(qiáng)度支護(hù)技術(shù)的隱蔽性和高強(qiáng)度支護(hù)工藝的復(fù)雜性，使得開(kāi)采區(qū)的地質(zhì)條件和工程匹配容易產(chǎn)生偏離，從而會(huì)降低煤礦開(kāi)采的安全性。

4 煤礦采煤掘進(jìn)工作中常用的高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)

4.1 光爆錨噴網(wǎng)高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)

利用錨桿支護(hù)的拱形效應(yīng)，可以提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)強(qiáng)度，從而提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度。在煤礦的深部圍巖位置增設(shè)加強(qiáng)拱結(jié)構(gòu)，可以加強(qiáng)該段圍巖的穩(wěn)定性，同時(shí)也可以避免巷道的上部圍巖變形、松動(dòng)，從而更好的保障巷道在采礦工作中的掘進(jìn)效率和作業(yè)安全。而且，錨桿還有一定的懸掛作用，它可以將塌陷的巖石固定在上面比較牢固的巖石上，用它來(lái)支撐塌陷的巖石，從而承受住塌陷的巖石的重壓。此外，錨桿支護(hù)還有著一定的加固作用，在圍巖巷道圍巖中布設(shè)錨固，能有效降低深部圍巖的承載能力，增加其強(qiáng)度，降低其承受的拉壓應(yīng)力。在高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)中，將對(duì)應(yīng)的錨桿支撐在分層的巖層上，這樣就可以將對(duì)應(yīng)的薄層巖石組成對(duì)應(yīng)的梁，從而增強(qiáng)巷道本身的受力能力，保證巷道在工作中的安全[1]。

4.2 噴射混凝土支護(hù)技術(shù)

超高壓噴射混凝土是指采用水泥包砂、干噴的一種新型的混凝土支護(hù)工藝。干法噴射混凝土支護(hù)技術(shù)是將水、混凝土、水泥、速結(jié)劑和噴砂機(jī)混合后，將其噴灑到煤礦巷道的圍巖壁上。所謂的“水泥包”，就是用水泥包住沙子，然后用壓縮空氣將沙子噴到煤礦巷道周圍的巖壁上，起到加固作用。在采用高強(qiáng)度支護(hù)技術(shù)前，采煤隊(duì)通常要制定出一套合理的施工計(jì)劃，并根據(jù)該計(jì)劃選擇合適的施工方法。

4.3 錨桿支護(hù)技術(shù)

在巷道圍巖中，錨桿的作用機(jī)制為結(jié)合、連接和加固。①連通性。在不穩(wěn)固的情況下，可采用錨桿錨固，使其進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)固的地層中。②合并性。采用錨固方法，把對(duì)應(yīng)的層狀巖石結(jié)合在一起，組成復(fù)合梁、復(fù)合拱，以避免巖石的坍塌、滑落。③要強(qiáng)化基層工作。錨桿群根據(jù)一定規(guī)律，通過(guò)對(duì)黏結(jié)巷道周圍巖石施加荷載，構(gòu)成一個(gè)圓形的承載環(huán)，與普通的支撐框架不同，可以體現(xiàn)防御型支撐的特點(diǎn)。在實(shí)踐中，首先，要根據(jù)巷道的巖層特性和斷面形態(tài)，選擇不同的錨桿配置，并要綜合因素（巷道跟圍巖受動(dòng)壓情況，使用年限，斷面現(xiàn)狀等）進(jìn)行錨桿的設(shè)計(jì)。其次，要保證最小空頂距不超過(guò)1.5m，同時(shí)要及時(shí)噴漿，防止隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)分層、風(fēng)化等問(wèn)題。最后，在錨桿支護(hù)完畢后，做好檢驗(yàn)工作[2]。

4.4 單體液壓柱支護(hù)技術(shù)

在煤礦掘進(jìn)作業(yè)中，在使用高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)時(shí)，最常用的方式為單體液壓柱，其使用主要是利用成型的單體液壓柱設(shè)備，對(duì)所需的支撐區(qū)域進(jìn)行合理的配置，以獲得較好的支護(hù)效果。當(dāng)采用單體液壓柱時(shí)，往往要特別注意三用閥的安裝和使用，在液壓注液后，可以得到較為理想的主體提升效果，在達(dá)到最優(yōu)高度后，可以對(duì)煤礦掘進(jìn)工作面及相應(yīng)的巷道起到良好的支護(hù)作用。由此可以看出，單體液壓柱的應(yīng)用相對(duì)簡(jiǎn)單、高效，在設(shè)置上也具有很大的靈活性，可以對(duì)各個(gè)需要支撐的區(qū)域進(jìn)行靈活布置，從而在對(duì)高強(qiáng)支護(hù)工作量進(jìn)行有效控制的情況下，達(dá)到所要求的高強(qiáng)支護(hù)效果。一般采用單柱式水平井，對(duì)其承載力提出很高的要求，一般情況下，單柱式水平井的初撐力大于90kN，以取得較為理想的支護(hù)效果。單體液壓柱的布置也要嚴(yán)格把關(guān)，尤其是在柱距、排距以及距幫等重要參數(shù)的設(shè)置上，要結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的控制，一般柱距和排距應(yīng)該在1m 左右。單個(gè)水力柱可以在幾乎所有的礦山中使用，沒(méi)有比較苛刻的使用條件，因而能被廣泛地推廣和應(yīng)用，促進(jìn)其成為高強(qiáng)度支護(hù)點(diǎn)柱，對(duì)煤礦的掘進(jìn)作業(yè)起到比較好的保護(hù)作用。為了更好地提高單體液壓柱的使用效果，通常也可以將其與金屬關(guān)節(jié)式頂梁進(jìn)行聯(lián)合使用，從而使對(duì)應(yīng)的支撐體系能夠構(gòu)造出更加穩(wěn)定、更加可靠、能夠發(fā)揮更大作用的支撐系統(tǒng)。此外，單體液壓柱在后續(xù)拆卸方面也有著明顯的優(yōu)勢(shì)，在煤礦開(kāi)采工作結(jié)束后，不需要進(jìn)行高強(qiáng)支護(hù)，就可以很容易地將單體液壓柱進(jìn)行拆除，在合適的時(shí)間，將三用閥打開(kāi)，就可以促使相應(yīng)單體液壓柱的壓力消失，從而便于直接拆除，體現(xiàn)出較為理想的回收利用特性[3]。

4.5 預(yù)留煤柱的應(yīng)用

在眾多的高強(qiáng)度支護(hù)方式中，保留煤柱是最為常用的一種，它主要用于上區(qū)段和下區(qū)段的交界處。采用預(yù)留煤柱法施工，施工方便，可取得較好的施工效果。一些煤礦的巷道具有較差的通風(fēng)條件和較低的排水能力，這會(huì)給煤礦開(kāi)采帶來(lái)很大的困難，而預(yù)留煤柱可以有效地解決上述問(wèn)題。然而，該技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用中仍有諸多缺陷，如施工費(fèi)用較高、后期維修困難等。因此，在具體的煤礦開(kāi)采過(guò)程中，礦工們應(yīng)該結(jié)合煤礦的具體條件，對(duì)各種高強(qiáng)度的支撐方式進(jìn)行合理的選擇，從而使開(kāi)采工作的經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到最大。

4.6 高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用

由于煤礦生產(chǎn)的特殊性，煤礦生產(chǎn)安全事故時(shí)有發(fā)生，而且死亡率較高。據(jù)有關(guān)資料顯示，在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，頂板破斷的概率最大，其致死率可達(dá)到50%以上。煤層頂板破斷的根本原因是煤層的穩(wěn)定性差，而高強(qiáng)度支護(hù)的作用就是提高煤層的穩(wěn)定性。在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，要根據(jù)具體條件，對(duì)高強(qiáng)度支護(hù)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新和運(yùn)用，才能取得較好的應(yīng)用效果。高強(qiáng)度支護(hù)技術(shù)就是在一定條件下，對(duì)巷道中的錨固體進(jìn)行有效的保護(hù)，并保持其整體性，從而提高巷道的穩(wěn)定性。在常規(guī)的煤礦開(kāi)采作業(yè)中，極易對(duì)巷道圍巖造成破壞。采用高強(qiáng)度支護(hù)可以使巷道內(nèi)的地應(yīng)力場(chǎng)得到改善。同時(shí)，對(duì)有關(guān)模具的品質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格的管理，可以在確保產(chǎn)品品質(zhì)及成品率的前提下，大大減少有關(guān)模具的投入周期。在實(shí)際的采煤作業(yè)中，需要結(jié)合礦區(qū)的地質(zhì)條件、自然環(huán)境等因素，準(zhǔn)確的確定巖石中的錨固長(zhǎng)度，從而確定最佳的支護(hù)方式。在確定支護(hù)模式之后，根據(jù)井下巷道的實(shí)際狀況，對(duì)支護(hù)模式進(jìn)行綜合試驗(yàn)，確保其能夠滿足設(shè)計(jì)要求[4]。

5 煤礦采煤掘進(jìn)工作中高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用注意事項(xiàng)

5.1 做好現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)

當(dāng)在煤礦掘進(jìn)工作中運(yùn)用高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的時(shí)候，要想讓它具有更好的適用性，就是要在開(kāi)展前期的現(xiàn)場(chǎng)勘查工作前，讓技術(shù)人員對(duì)煤礦掘進(jìn)工作面和巷道有更深刻的認(rèn)識(shí)，只有這樣，他們才能有針對(duì)性地選擇高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)，并設(shè)置與之相適應(yīng)的支護(hù)方案，這樣就可以防止一些不實(shí)用問(wèn)題。這就要求技術(shù)人員要對(duì)煤礦的地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的分析，并注意對(duì)每一個(gè)不同的地區(qū)進(jìn)行實(shí)地勘查，對(duì)松馳圈和頂板巖層的基本情況有一個(gè)了解，這樣才能確定高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的作用對(duì)象。當(dāng)然，在開(kāi)展實(shí)地勘查工作時(shí)，除要充分考慮巖層、煤層的特殊狀況之外，一般還應(yīng)與煤礦掘進(jìn)工作的需要緊密地聯(lián)系起來(lái)，確保煤礦掘進(jìn)工作面和巷道可以為開(kāi)采工作提供一個(gè)安全、可靠的工作環(huán)境，尤其要注意對(duì)空間尺寸的訴求，以免在后續(xù)高強(qiáng)支護(hù)處理過(guò)程中產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾問(wèn)題。

5.2 關(guān)注實(shí)時(shí)狀態(tài)

在煤礦掘進(jìn)工作中，高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用還應(yīng)注意對(duì)相關(guān)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)狀況進(jìn)行全面的掌握，從而能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)潛在的異常問(wèn)題和病害，并采取相應(yīng)的對(duì)策進(jìn)行處理，防止出現(xiàn)惡性問(wèn)題。例如，在高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用的早期，經(jīng)常會(huì)在相應(yīng)的支護(hù)結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生裂縫，甚至是滑動(dòng)的危險(xiǎn)，這就要求技術(shù)人員對(duì)此給予足夠的重視，如果發(fā)現(xiàn)相關(guān)的問(wèn)題，就需要對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的處理，并采取適當(dāng)合理的修補(bǔ)方法，或再次進(jìn)行支護(hù)作業(yè)，以達(dá)到徹底消除一切安全隱患的目的。在后續(xù)的長(zhǎng)期煤礦掘進(jìn)工作中，若高強(qiáng)支護(hù)體系發(fā)生異常的改變，或由于所處的環(huán)境條件發(fā)生改變而造成能力不足，則要對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的優(yōu)化調(diào)整，以提高高強(qiáng)支護(hù)效果[5]。

5.3 注重支護(hù)材料運(yùn)用

在煤礦掘進(jìn)工作中，高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的使用效果也與支護(hù)材料的最佳選擇密切相關(guān)，如果支護(hù)材料的質(zhì)量有較大的問(wèn)題，或者是種類的選擇不恰當(dāng)，都會(huì)影響到最終的高強(qiáng)支護(hù)效果，所以應(yīng)該把它作為施工技術(shù)處理的重點(diǎn)。例如，在使用錨桿支護(hù)方式的過(guò)程中，就應(yīng)該對(duì)錨桿的選擇進(jìn)行嚴(yán)格的審核，在保證錨桿自身尺寸和參數(shù)指標(biāo)滿足高強(qiáng)支護(hù)的要求之外，還應(yīng)該對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行重點(diǎn)審核，并對(duì)其質(zhì)量情況進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重不合格的錨桿，應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行更換。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在煤礦的掘進(jìn)過(guò)程中，高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的使用是十分重要的，因?yàn)檫@關(guān)系到煤礦的安全，因此，技術(shù)人員需要結(jié)合煤礦的具體情況，選擇適當(dāng)合理的高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，使高強(qiáng)支護(hù)系統(tǒng)更加合理、更加可靠，可以最大限度地避免在煤礦掘進(jìn)過(guò)程中存在的各種安全風(fēng)險(xiǎn)。