煤礦巷道支護(hù)技術(shù)探討

高鐵成

（開(kāi)灤荊各莊礦業(yè)分公司，河北 唐山 063600）

目前，國(guó)內(nèi)很多礦井開(kāi)采或開(kāi)拓延伸的深度都已超過(guò)700m，有的甚至達(dá)到1000m以上。當(dāng)前，我國(guó)煤礦以井工開(kāi)采為主，在煤炭開(kāi)采過(guò)程中需要在礦井下開(kāi)掘大量巷道。據(jù)一些統(tǒng)計(jì)文獻(xiàn)資料表明，國(guó)有大中型煤礦每年新掘進(jìn)巷道總長(zhǎng)度高達(dá)10000km，其中80%以上巷道是直接開(kāi)掘在煤層中的。因此，采取合理的巷道支付加固技術(shù)措施，提高巷道強(qiáng)度和穩(wěn)定性，保持巷道暢通與圍巖穩(wěn)定，確保煤礦安全可靠、節(jié)能經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)，具有非常重要的工程實(shí)踐應(yīng)用探討價(jià)值。

1 煤礦巷道支護(hù)技術(shù)

1.1 砌碹支護(hù)技術(shù)

砌碹支護(hù)是礦井巷道支護(hù)中應(yīng)用較早的一種支護(hù)技術(shù)，也是較簡(jiǎn)單的支付技術(shù)，當(dāng)前在一些礦井的硐室、大巷中仍然被采用并發(fā)揮較好的加固性能。按砌碹支護(hù)材料可以劃分料石砌碹、混凝土砌塊砌碹、現(xiàn)澆混凝土砌碹、現(xiàn)澆鋼筋混凝土砌碹等。但從大量研究和實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)表明：砌碹支護(hù)屬于剛性被動(dòng)支護(hù)技術(shù)，支護(hù)整體成本偏高、施工效率較慢、且勞動(dòng)工作強(qiáng)度較大，同時(shí)砌碹支付很難適應(yīng)圍巖大變形需求。因此，在工程實(shí)際應(yīng)用中，除特殊巷道和硐室外，通常不宜選用此支護(hù)方式。

1.2 棚式支架技術(shù)

棚式支護(hù)曾是煤礦巷道支護(hù)中的核心技術(shù)。在上世紀(jì)90年代初，棚式支護(hù)在煤礦巷道支護(hù)中所占的比重大約在80%左右。按支護(hù)材料可以劃分為木支架支護(hù)、鋼筋混凝土支架支護(hù)、金屬支架支護(hù)等。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，木支架支護(hù)和鋼筋混凝土支架支護(hù)已在實(shí)際工程中被逐步淘汰。金屬支架支護(hù)可以方便的制作和安裝，在工程中依然有使用。但由于棚式支架支護(hù)也屬于剛性被動(dòng)支護(hù)，支架與煤礦巷道表面很難實(shí)現(xiàn)緊密接觸，導(dǎo)致其控制圍巖早期變形的性能較差，尤其在復(fù)雜地質(zhì)條件下，棚式支護(hù)效果較差、支護(hù)成本較高，且很難達(dá)到錨桿支護(hù)性能，在工程實(shí)際應(yīng)用中逐步被錨桿支護(hù)技術(shù)所取代。

1.3 錨桿支護(hù)技術(shù)

合理的錨桿支護(hù)可以控制待錨固區(qū)圍巖出現(xiàn)離層、滑動(dòng)、裂隙張開(kāi)、新裂紋產(chǎn)生等滑動(dòng)變形，通過(guò)錨桿的支護(hù)加固性能確保煤巖體的完整性、穩(wěn)定性和連續(xù)性。結(jié)合工程區(qū)實(shí)際情況，合理計(jì)算確定錨桿的預(yù)應(yīng)力，并設(shè)計(jì)出完善的支護(hù)體系使預(yù)應(yīng)力有效擴(kuò)散是錨桿支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)。從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，托板、鋼帶、金屬網(wǎng)等護(hù)表構(gòu)件在整個(gè)錨桿預(yù)應(yīng)力支護(hù)體系中發(fā)揮非常重要的作用，需要在設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用中給予足夠的重視。對(duì)于復(fù)雜困難巷道而言，應(yīng)優(yōu)選高預(yù)應(yīng)力、強(qiáng)力錨桿組合支護(hù)方案，以期一次支護(hù)就能有效控制圍巖擴(kuò)容變形與應(yīng)力破壞，避免出現(xiàn)二次支護(hù)和巷道維修等不利現(xiàn)象。

1.4 錨噴支護(hù)技術(shù)

通過(guò)噴射混凝土可以快速有效封閉巷道周邊，取得密貼支護(hù)效果，以降低水、風(fēng)等對(duì)巷道圍巖強(qiáng)度的破壞作用。另外，錨桿可以及時(shí)對(duì)圍巖進(jìn)行支護(hù)加固，能夠起到很好的主動(dòng)加固效果，同時(shí)充分利用圍巖自承能力，支護(hù)經(jīng)濟(jì)效益較好。經(jīng)過(guò)近60年的研究、試驗(yàn)和推廣應(yīng)用改進(jìn)，錨噴支護(hù)技術(shù)在礦井支護(hù)領(lǐng)域獲得較好的應(yīng)用效果，無(wú)論在支護(hù)理論、支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還是在支護(hù)材料選擇、施工工序工藝優(yōu)化、質(zhì)量檢測(cè)以及礦壓監(jiān)測(cè)等方面均取得非常良好的應(yīng)用效果。錨噴支護(hù)已成為礦井圍巖巷道支護(hù)加固的首選，且錨桿支護(hù)已成為煤巷主體加固支護(hù)的主要方式。

1.5 錨索支護(hù)技術(shù)

礦井在挖掘過(guò)程中，作業(yè)巷道可能穿過(guò)以砂質(zhì)泥巖、泥巖和細(xì)中粒砂巖為主的巖層，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)小構(gòu)造結(jié)構(gòu)，節(jié)理層發(fā)育較完善，易破碎成小塊。加上礦井開(kāi)挖地層較深，地應(yīng)力較大在很大程度上增加了巷道支護(hù)和頂板管理的難度。有的采用巷道錨網(wǎng)噴支護(hù)，雖然在剛開(kāi)始支護(hù)后，起到一定的支護(hù)加固作用，但在支護(hù)后過(guò)一段時(shí)間，容易出現(xiàn)噴層開(kāi)裂、脫皮掉塊、頂板下降等問(wèn)題。為了對(duì)巷道進(jìn)行整體支護(hù)，可以補(bǔ)打錨索進(jìn)行支護(hù)加固措施來(lái)鞏固錨網(wǎng)噴的支護(hù)加固效果，即：先采取錨網(wǎng)臨時(shí)支護(hù)措施，以封閉作業(yè)面的圍巖，然后增加錨索進(jìn)行鞏固加固，這樣通過(guò)錨網(wǎng)和錨索的加固，可以有效控制圍巖的變形，確保巷道的正常作業(yè)生產(chǎn)。

1.6 注漿加固技術(shù)

在破碎煤巖體中進(jìn)行煤炭開(kāi)采和巷道維護(hù)時(shí)，采用棚式支護(hù)或錨桿支護(hù)很難取得預(yù)期的支護(hù)加固效果，圍巖注漿加固則可以取得較好的支護(hù)加固作用。注漿漿液可以充填巷道圍巖裂隙，利用漿液固結(jié)加固穩(wěn)定破碎巖體，改善圍巖原有應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系，使其成為一個(gè)整體增加圍巖自身承載能力。目前，工程中常用水泥基材料和高分子材料作為注漿加固的施工原材料，具體加固材料選擇應(yīng)根據(jù)巷道地質(zhì)條件、生產(chǎn)條件等因素進(jìn)行綜合考慮選取。

1.7 聯(lián)合支護(hù)

錨桿與錨索進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)是煤巷巷道支護(hù)過(guò)程中一種主要的聯(lián)合支護(hù)加固方式，可以同鋼帶、金屬網(wǎng)、工字鋼梁等進(jìn)行聯(lián)合使用，其支護(hù)效果較好。錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)主要通過(guò)圍巖內(nèi)部作用力的相互影響使其達(dá)到支護(hù)加固作用，也就是通過(guò)錨桿與錨索聯(lián)合變巷道被動(dòng)支護(hù)為主動(dòng)支護(hù)，進(jìn)而有效提高巷道圍巖的自身承載力。注漿與強(qiáng)力錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)，比較適用于松散、破碎軟巖的巷道支護(hù)加固。注漿為錨桿、錨索提供了可以錨定的基礎(chǔ)，確保其預(yù)應(yīng)力與工作阻力有效擴(kuò)散到松散、破碎軟巖圍巖中。

1.8 應(yīng)力控制技術(shù)

合理進(jìn)行巷道布設(shè)，將巷道優(yōu)化布置在應(yīng)力降低區(qū)，或采取對(duì)應(yīng)人工卸壓措施，以使巷道周邊的高應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移，進(jìn)而達(dá)到對(duì)巷道圍巖變形的有效控制。人工卸壓控制措施主要包括切縫、鉆卸壓孔、爆破及掘卸壓巷等方式。由于人工應(yīng)力控制技術(shù)，其施工比較復(fù)雜且影響因素較多，目前在礦井中尚未大面積推廣應(yīng)用。

結(jié)語(yǔ)

在礦井掘進(jìn)和拓伸過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)礦井巷道的實(shí)際地質(zhì)條件，來(lái)合理確定巷道及硐室的支護(hù)加固形式。當(dāng)采用錨桿等支護(hù)加固形式的布置，隨圍巖條件發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際情況改變相關(guān)支護(hù)參數(shù)以匹配實(shí)際情況，尤其對(duì)于地質(zhì)構(gòu)造地帶，可以考慮增加錨桿、錨索數(shù)量、選用強(qiáng)力錨桿等或輔以其它支護(hù)加固方式，甚至更改整個(gè)巷道支護(hù)體系，確保礦井安全可靠、節(jié)能經(jīng)濟(jì)的進(jìn)行煤炭開(kāi)采作業(yè)。

[1]康紅普，王金華.煤巷錨桿支護(hù)理論與成套技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2007.

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[3]康紅普，姜鐵明，高富強(qiáng).預(yù)應(yīng)力在錨桿支護(hù)中的作用[J].煤炭學(xué)報(bào)，2007,32（7）：673-678.