復雜地質條件下的煤礦采煤掘進支護技術情況探究

摘要：煤炭作為我國當前主要的能源來源，其開采安全與效率的重要性逐日提升。然而，不穩定的巖層、斷層密集區及高地應力環境等復雜地質條件，為煤礦的掘進帶來了諸多困擾。采用先進的掘進支護技術成為保障采礦作業安全的有力支撐。首先介紹了幾種復雜地質條件下的煤礦采煤掘進支護技術，并提出了合理選擇掘進支護設備、施工工藝控制、落實安全措施的支護技術要點，旨在提高支護技術解決煤礦復雜地質難題的有效性。

關鍵詞：復雜地質條件煤礦采煤掘進支護技術技術要點

中圖分類號：TD353;TD263.2

ResearchonExcavationSupportTechnologyofCoalMiningUnderComplexGeologicalConditions

KONGLei1SONGShitao2WEIBenliang3

1.HuanchengCoalMine，WeishanhuMining（Group）Co.，Ltd.，ShandongProvince，Ji’ning，ShandongProvince，277600China;2.YongshengCoalMine，ShandongWeishanhuMining（Group）Co.，Ltd.，Ji’ning，ShandongProvince，277600China;3JiningCoalMineSafetyMonitoringandControlCenter， Ji’ning，ShandongProvince，277600China

Abstract：CoaliscurrentlythemainsourceofenergyinChina，andtheimportanceofitsminingsafetyandefficiencyisincreasingdaybyday.However，complexgeologicalconditionssuchasunstablerockformation，denselyfaultedareaandhighgroundstressenvironment，havebroughtmanytroublestocoalmining.Theuseofadvancedexcavationsupporttechnologyhasbecomeapowerfulsupporttoensurethesafetyofminingoperations.Firstly，thepaperintroducesseveralkindsofcoalminingexcavationsupporttechnologyundercomplexgeologicalconditions，andthenputsforwardthekeypointsofsupporttechnologysuchasreasonableselectionofexcavationsupportequipment，constructionprocesscontrolandimplementationofsafetymeasures，inordertoimprovetheeffectivenessofsupporttechnologyinsolvingcomplexgeologicalproblemsincoalmines.

KeyWords：Complexgeologicalconditions;Coalmining;Excavationsupporttechnology;Technicalpoints

在煤礦資源的開采過程中，尤其在地下深處，不穩定的巖層與頻繁的地質活動，使得采掘作業困難重重。復雜地質條件下的支護技術作為保障煤礦安全生產的重要手段，是礦井工程技術進步的集中體現，也是煤礦可持續發展的關鍵所在。

1復雜地質條件下的煤礦采煤掘進支護技術

1.1巖石錨桿支護

巖石錨桿支護技術主要通過鉆孔、插入錨桿并施加預應力的方法，提升巷道圍巖的穩定性。在設計錨桿支護系統時，依據《煤礦巷道錨桿支護技術規范》（GB∕T35056—2018）嚴格控制關鍵參數，包括錨桿的長度、直徑、布置密度及預應力的大小。以常見的高強度鋼制錨桿為例，其直徑通常為22mm，長度從2～6m不等，采用扭剪型高強度錨桿，承載力可達210kN，既具有較高的抗拉強度，也有良好的抗剪能力[1]。錨固材料可采用環氧樹脂或聚酯樹脂，在錨桿與巖石之間形成牢固的黏結，樹脂的充填長度通常為整個錨桿長度的80%～100%，以確保全柱固結。安裝時通過液壓設備施加預應力，控制大小在150～200kN之間。高預應力錨桿系統在提升巷道圍巖穩定性方面特別有效，如圖1所示。

錨桿支護通常采用如下幾種類型的錨桿系統。（1）扭剪型錨桿：具有一體化的錨固和錨桿功能，能在較短的安裝時間內迅速提供巷道支護。（2）膨脹型錨桿：適用于比較破碎的巖層，通過錨桿體的機械膨脹與巖石形成摩擦錨固。（3）復合型錨桿：結合化學和機械錨固方式，提供更為強大的錨固力，適用于極端的地質條件。此外，在復雜地質環境下如斷裂區或高地應力區，傳統的錨桿支護往往無法單獨滿足安全需求，需要將高強度鋼絲網與噴射混凝土結合使用，進一步提升巷道的整體穩定性[2]。

1.2支架支護

支架支護技術通過在巷道中設置結構穩定的支架系統，有效固定圍巖，從而保障巷道的結構安全。根據支架的構造和功能差異，支架支護主要包括框架式支架、壓桿式支架和履帶式支架。框架式支架通常由Q345鋼等高強度鋼制成，具有較高的屈服強度和抗拉強度。每個框架的重量約為150～200kg，能夠承受的最大垂直負載通常在500～800kN之間，特別適用于深部礦井和地應力較高的環境。壓桿式支架采用的是可調節的液壓或機械裝置，使支撐力可以根據巖層條件進行調整，其壓桿直徑通常在110～140mm，長度可從2m調節至4m，壓桿的工作壓力達到300kN，最大擴展力達500kN。履帶式支架設計用于在變化的地質條件下提供移動和靈活的支護。這種支架的移動速度可達到每分鐘15～20m，支撐寬度從1.5～3.5m不等，高度可調節從2～4.5m。每個支架單元的承載能力約為1000kN，在較寬的工作面上提供穩定的支撐[3]。

1.3混凝土噴射支護

噴射混凝土支護技術采用高速噴射混凝土至巷道圍巖表面，迅速實現結構的固化與密封。噴射混凝土的材料一般包括水泥、砂、碎石和必要的添加劑，這些成分根據所需的機械性能和固化時間進行精確配比。在噴射混凝土支護技術中，混凝土的厚度在5～25cm之間，具體厚度根據圍巖的穩定性和受力條件確定。為了增強支護層的整體結構強度，常在混凝土中加入鋼纖維或聚丙烯纖維，纖維的添加比例一般為混凝土重量的0.5%～1.5%。使用的噴射機械根據作業的規模和環境條件，可選用手持式或車載式，控制噴射速度為20～30m/s。此外，施工過程中須控制空氣和混凝土的混合比例，將空氣壓力維持在0.4～0.6MPa。在特定的工程應用中，如巷道存在嚴重的水問題或地壓活動頻繁的區域，噴射混凝土的配方可加入硅烷類或丙烯酸類防水劑，通過調整水灰比（在0.35～0.45之間）來優化混凝土的黏結性[4]。

1.4組合式支護

組合式支護技術融合了兩種或多種傳統支護方法的優勢，綜合應用錨桿、注漿、鋼支護及噴射混凝土等方法以達到最優的支護效果，具體如下。

1.4.1錨桿加注漿

使用，兼具鉆孔桿和注漿管的功能的自鉆式注漿錨桿，在極度破碎的巖石中穩定鉆孔并注入漿液。

1.4.2錨桿與鋼支護結合

適用于巷道頂部和兩側圍巖穩定性差的情況。錨桿提供從內部固化巖體的作用，而外部的鋼支護架提供物理支撐。鋼支護通常采用節距1.2m的鋼拱架，拱架的單元長度通常為0.8～1.2m，能承受高達300kN的壓力。

1.4.3錨桿加噴射混凝土

適合圍巖相對完整但需要額外防護層的巷道。在安裝錨桿后，對巷道表面噴涂一層厚度為10～15cm的混凝土層。噴射混凝土的施工速度約為10m2/h。

1.4.4錨桿加注漿加鋼支護

為極端復雜的地質條件設計，例如高地應力環境或巷道周圍巖石強度非常低的情況。施工團隊首先使用注漿固化裂縫和空洞，隨后安裝錨桿增強圍巖結構，最后安裝鋼支護架以提供物理阻隔和支撐。

2復雜地質條件下的煤礦掘進支護技術要點

2.1合理選擇掘進支護設備

在煤礦掘進工作中，選擇合適的支護設備是保證作業安全和效率的關鍵因素，要求施工團隊分析巖石的硬度、抗壓強度、斷層位置及地下水情況等關鍵數據。這些數據指導選擇適用于特定地質條件的掘進機械和支護系統。例如：硬巖環境需要高強度截齒和強大驅動力的設備，而在斷層頻發區則需設備具備高靈活性和更強的穩定措施。

在選擇液壓支護系統時，施工團隊需要評估支護設備的承載能力和適應性，例如選擇能夠自動調整支護力的液壓支架系統，這就需要根據實時監測到的地壓變化自動調整支撐力，從而適應復雜且不斷變化的地質條件。

2.2施工工藝控制

在煤礦復雜地質條件下實施支護技術，施工團隊采用精確的工藝控制步驟來保證支護的正確實施。對于錨桿支護，施工團隊需使用輕型鉆車或手持鉆等鉆孔設備，保持鉆孔直徑通常為32～42mm，鉆孔深度依據工程設計可達數米。鉆孔的精度直接影響錨固的質量。使用壓縮空氣或水清洗鉆孔，移除孔內的松散物，確保錨固劑能有效黏合巖石和錨桿。將預制的錨桿插入清潔的孔中，將錨固劑（通常為水泥基或樹脂基）注入孔內，填滿孔內空間并環繞錨桿。在實施噴射混凝土支護時，施工團隊要清理要噴涂的巖面，除去松散和不穩定的巖石及灰塵。使用噴射機將混凝土均勻噴涂在巖面上，厚度一般為5～10cm，確保連續無縫覆蓋整個處理面[5]。噴射后的混凝土需要保持適當濕度和溫度養護，一般養護期為7d。

3結論

復雜地質條件下煤礦采煤掘進支護技術展現了工程實踐與科技創新的交匯。從錨桿支護到噴射混凝土，從架棚系統到綜合支護設備，每項技術均體現出對地質難題的精確回應。施工團隊需嚴格執行安全措施，形成從預防到響應的全方位安全管理體系。

參考文獻

[1]董廣路，孫立虎.復雜地質條件下煤礦開采掘進支護技術的應用[J].冶金與材料，2024，44（5）：127-129.

[2]賈晶晶，劉帥，聶旭峰.復雜地質條件下煤礦掘進支護技術的應用[J].內蒙古煤炭經濟，2024（8）：163-165.

[3]宋慶飛，許守琦.復雜地質條件下有效的煤礦掘進支護技術[J].內蒙古煤炭經濟，2024（8）：37-39.

[4]張嘯天.深基坑土釘墻與樁錨聯合支護結構研究與優化[D].長春：吉林建筑大學，2023.

[5]馬立騰.礦井支護錨桿鉆孔耦合振動機理及被動減振研究[D].蕪湖：安徽工程大學，2022.