煤礦井巷工程支護(hù)技術(shù)的發(fā)展歷程與實(shí)踐應(yīng)用

王鑫 李卓

【摘 要】縱觀煤礦井巷工程支護(hù)技術(shù)的發(fā)展歷程，大致可以將其分為傳統(tǒng)支護(hù)、金屬支架支護(hù)、錨桿系列支護(hù)及復(fù)合支護(hù)技術(shù)，分析各項(xiàng)支護(hù)技術(shù)的特點(diǎn)和適用情況。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步總結(jié)我國(guó)煤礦支護(hù)技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)和問(wèn)題，并且闡明其發(fā)展方向，為未來(lái)的井巷工程的支護(hù)技術(shù)的研究提供 理論參考。

【關(guān)鍵詞】支護(hù)技術(shù) 發(fā)展歷程 實(shí)踐應(yīng)用

【中圖分類(lèi)號(hào)】 TD163【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B【文章編號(hào)】1672-5158（2013）07-0318-01

一、引言

經(jīng)濟(jì)在發(fā)展，能源需求量大已經(jīng)是我國(guó)社會(huì)一個(gè)不容置疑的共識(shí)，煤礦的開(kāi)采工作也已經(jīng)進(jìn)一步向地下更深的地層延伸，在這個(gè)逐步采深的過(guò)程中，支護(hù)作為一種非常重要的技術(shù)得到不斷的發(fā)展，大致經(jīng)歷了從單一型支護(hù)技術(shù)到聯(lián)合多強(qiáng)化型技術(shù)的發(fā)展歷程。在煤炭早起的開(kāi)采過(guò)程中，井巷的支護(hù)主要是木制材料，隨著鋼筋砼的出現(xiàn)，支護(hù)形式主要是鋼筋和混凝土襯砌。在礦床采深加大和地質(zhì)結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜的情況下，原有的支護(hù)結(jié)構(gòu)材料已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有的需要，進(jìn)而隨即發(fā)展了金屬支架支護(hù)和錨桿系列支護(hù)技術(shù)，這為相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間的礦床開(kāi)采帶來(lái)了巨大的便利。20世紀(jì)30年代，聯(lián)邦德國(guó)首先開(kāi)發(fā)了U型鋼金屬支架支護(hù)技術(shù)，并且投入到生產(chǎn)之中，這種技術(shù)也是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)外普遍采用的一種技術(shù)。1912年，艾爾雷德·布希發(fā)明和應(yīng)用了錨桿，到20世紀(jì)50年代，此項(xiàng)技術(shù)在各個(gè)國(guó)家得到廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。我國(guó)是在1956年引進(jìn)的錨桿技術(shù)，并且在淮南等礦區(qū)先后嘗試了木錨桿、金屬錨桿以及砂漿錨桿技術(shù)，都得到了很好的發(fā)展，并且隨即將其廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)的各大煤礦。隨著采深進(jìn)一步加大、地質(zhì)環(huán)境也越來(lái)越復(fù)雜，一些煤礦開(kāi)始采用了復(fù)合支護(hù)技術(shù)并且取得了良好的效果，同時(shí)也開(kāi)發(fā)了強(qiáng)力支護(hù)體系，這為未來(lái)的煤礦井巷工程工作進(jìn)一步的開(kāi)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。

二、支護(hù)技術(shù)發(fā)展的主要階段

1、傳統(tǒng)支護(hù)技術(shù)。傳統(tǒng)支護(hù)技術(shù)是以木材料或者鋼筋混凝土作為支護(hù)材料，主要分為支撐和襯砌兩種。其中，支撐是以臨時(shí)性保護(hù)圍巖的結(jié)構(gòu)，襯砌是永久性加固圍巖的結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)支護(hù)技術(shù)認(rèn)為，圍巖和支護(hù)是分開(kāi)的，圍巖是煤礦開(kāi)采的重荷負(fù)載，而支護(hù)是承擔(dān)重荷負(fù)載的載體。這種技術(shù)有明顯的缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在，他需要耗費(fèi)大量的木材，同時(shí)它還深受采深和巖體的性能的影響。

2、金屬支架支護(hù)技術(shù)。金屬支架支護(hù)技術(shù)主要可以分為剛性支護(hù)技術(shù)和可縮性支架支護(hù)技術(shù)，其中剛性支架允許支架變形量小，隨著變形量變大其阻力變小，直至這種阻力消失；可縮性支架允許支架變形量較大，隨著變形量增大阻力也變大，甚至有可能達(dá)到恒阻。這種技術(shù)較傳統(tǒng)的支護(hù)技術(shù)有很大的不同，金屬支架支護(hù)技術(shù)認(rèn)為，圍巖是重荷負(fù)載，而支架作為一種支護(hù)體，但是此種技術(shù)也有一定的缺陷，由于支架支護(hù)所承受的側(cè)壓力和荷載的不均勻常使支架穩(wěn)定性不足、可縮性減弱以及豎向承載能力下降。由此，U型鋼金屬支架支護(hù)技術(shù)的支護(hù)由多段弧形構(gòu)件相互疊置搭接組裝而成，主要呈拱形或環(huán)形，大大提高了支架支護(hù)的抗壓能力、安全系數(shù)、抗災(zāi)能力以及減小它的變形量。

3、錨桿系列支護(hù)技術(shù)。錨桿技術(shù)的發(fā)展是以之前傳統(tǒng)支護(hù)技術(shù)和金屬支架支護(hù)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的弊端為基礎(chǔ)，在日常的礦業(yè)發(fā)展中，逐漸的取代了前兩種支護(hù)技術(shù)成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外一種普遍使用的技術(shù)。在我國(guó)的應(yīng)用中，主要可以分為單體錨桿群支護(hù)階段、組合錨桿支護(hù)階段、預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)階段以及強(qiáng)力錨桿支護(hù)階段。這也體現(xiàn)出錨桿支護(hù)是一種十分有效的支護(hù)手段，降低了支護(hù)成本，并且在很大程度上減輕了工人的工作量以及工作強(qiáng)度，比傳統(tǒng)的支護(hù)技術(shù)更加安全、高效。

4、復(fù)合支護(hù)技術(shù)。隨著采深程度加大以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，很多工程已嘗試使用復(fù)合支護(hù)技術(shù)并取得了較大的成功。復(fù)合支護(hù)技術(shù)是指使用兩種或兩種以上支護(hù)方式聯(lián)合支護(hù)巷道。

三、支護(hù)技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

在目前的煤礦開(kāi)采中，傳統(tǒng)的支護(hù)技術(shù)已經(jīng)不能夠滿足工作中的各項(xiàng)要求，它主要是作業(yè)于煤礦表面以及深度較小的工程，所以已被現(xiàn)在向更加復(fù)雜的工程所淘汰。在金屬支架支護(hù)技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中，剛性支架支護(hù)所用的高強(qiáng)度混凝土施工技術(shù)，這種技術(shù)一方面可以在地面進(jìn)行生產(chǎn)預(yù)制，另一方面可以在井下進(jìn)行機(jī)械化裝配，從而組成全斷面封閉的和密集連續(xù)式的高強(qiáng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，這種支護(hù)主要應(yīng)用于高地應(yīng)力以及破碎圍巖的巷道支護(hù)。雖然它在預(yù)制可以保證支架質(zhì)量方面與之前的傳統(tǒng)支護(hù)技術(shù)有了明顯的優(yōu)勢(shì)，但是它在面對(duì)覆巖層整體移動(dòng)時(shí)，卻顯得底層抗壓能力不足，從而缺陷也是十分的明顯。金屬支架支護(hù)的另一種類(lèi)型為可縮性支架支護(hù)，特別是U型鋼支架支護(hù)結(jié)構(gòu)在我國(guó)應(yīng)用十分廣泛，它主要應(yīng)用于松軟圍巖、壓力大、底臌嚴(yán)重以及兩幫移近量大的開(kāi)采區(qū)和采取巷道，相比剛性支架它具有抗壓能力強(qiáng)、一次成巷好、抗災(zāi)能力強(qiáng)、安全系數(shù)好以及質(zhì)量得到保證等優(yōu)點(diǎn)，但是它的成本較高、搭接處接頭易松動(dòng)。隨著采深加大，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜等情況出現(xiàn)，錨桿支架在我國(guó)開(kāi)始得到發(fā)展，同時(shí)錨桿支架支護(hù)技術(shù)也是國(guó)內(nèi)支護(hù)研究最多的一項(xiàng)技術(shù)，可以體現(xiàn)它的應(yīng)用之廣泛。其中一般的錨桿支架支護(hù)可應(yīng)用于常規(guī)的支護(hù)工程，但是一些特殊地質(zhì)條件下，就要應(yīng)用更為專業(yè)、技術(shù)高的支護(hù)技術(shù)，如錨噴支護(hù)、錨噴網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)、錨噴網(wǎng)鋼拱架結(jié)構(gòu)或配以壁后充填以及不同錨桿技術(shù)的研究等都在我國(guó)有了較好的發(fā)展。

雖然支護(hù)技術(shù)無(wú)論是在理論研究方面還是在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中都取得了巨大的進(jìn)步，但我們還應(yīng)該看到一些方面存在的問(wèn)題和不足，只有正確認(rèn)識(shí)這些問(wèn)題和不足，我們才能更好的研發(fā)支護(hù)技術(shù)，從而在理論上實(shí)現(xiàn)突破創(chuàng)新，同時(shí)也為煤礦巷道工程在開(kāi)展過(guò)程中尋求更加安全、高效、成本低、效益好的支護(hù)技術(shù)。首先，理論與實(shí)際問(wèn)題脫節(jié)。就我國(guó)當(dāng)前的形式來(lái)開(kāi)，好的巷道支護(hù)技術(shù)主要集中于一些規(guī)模較大、經(jīng)濟(jì)效益較好的大礦區(qū)，而大多數(shù)的煤礦依舊采用普通的巷道支護(hù)技術(shù)，遇到一些諸如軟巖石之類(lèi)的問(wèn)題，都是采用一般的支護(hù)手段進(jìn)行作業(yè)，然后再進(jìn)行多次修補(bǔ)，這不僅工程較大，而且成本高昂。我們必須將一些好的理論成果充分實(shí)現(xiàn)它的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的可能性，實(shí)現(xiàn)理論指導(dǎo)實(shí)踐的價(jià)值。其次，缺乏實(shí)際資料，工程規(guī)范能力較差。在我國(guó)地勢(shì)復(fù)雜多變的實(shí)際情況下，雖然有很多的地質(zhì)及工程勘察資料，但都無(wú)法準(zhǔn)確解決現(xiàn)實(shí)中煤礦開(kāi)采遇到的問(wèn)題，并且新的工程規(guī)范一直沒(méi)有出臺(tái)，原有的規(guī)范已無(wú)法適應(yīng)較快發(fā)展的現(xiàn)實(shí)。第三，相關(guān)法律制度不夠完善。在工程支護(hù)方面，由于技術(shù)一直都不夠完善，雖然有很多的理論的研究，但是對(duì)比國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)還存在很多的不足，而我國(guó)相關(guān)的法律制度一直處于相對(duì)滯后的狀態(tài)，就無(wú)法更好的保障我們先進(jìn)技術(shù)的成果以及工程的順利實(shí)施。第四，支護(hù)形式單一，創(chuàng)新度不夠。技術(shù)創(chuàng)新是工程能夠快速發(fā)展的關(guān)鍵，形式單一只能讓我們?nèi)狈x擇的空間，所以形式多樣化，增強(qiáng)理論與實(shí)踐的創(chuàng)新能力已經(jīng)是煤礦井巷工程支護(hù)技術(shù)開(kāi)展的更緊迫而又現(xiàn)實(shí)的要求。

四、總結(jié)和建議

支護(hù)技術(shù)對(duì)于地下工程的開(kāi)展意義十分重大，仔細(xì)了解其發(fā)展歷程及其特點(diǎn)和應(yīng)用范圍，對(duì)接下來(lái)技術(shù)創(chuàng)新打下基礎(chǔ)。在理論發(fā)展的同時(shí)，我們應(yīng)該注意實(shí)際中的應(yīng)用，找準(zhǔn)問(wèn)題方能找準(zhǔn)創(chuàng)新的突破口，實(shí)現(xiàn)支護(hù)技術(shù)在煤礦井巷工程中的長(zhǎng)足發(fā)展。

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