關(guān)于煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的深入思考

蘇偉

摘 要：煤炭是當(dāng)前我國國民生產(chǎn)與生活中的主要能源，其需求量隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展日益攀升。在煤礦企業(yè)作業(yè)深度逐漸加深的情況下，煤礦開采過程中時常發(fā)生坍塌事故，對作業(yè)人員的人身安全帶來了很大威脅。而巷道支護(hù)技術(shù)，是煤礦開采中需要用到的關(guān)鍵技術(shù)，將其應(yīng)用到煤礦巷道作業(yè)過程中，可優(yōu)化巷道的穩(wěn)固性，還可對巷道的變形情況進(jìn)行有效的控制，從而為煤礦作業(yè)人員提供更為安全的工作環(huán)境，最終為煤礦企業(yè)獲得更大的經(jīng)濟(jì)收益提供保障。本文就煤礦巷道支護(hù)技術(shù)進(jìn)行了深入的探究。

關(guān)鍵詞：煤礦；巷道；支護(hù)技術(shù)；應(yīng)用策略

在社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，我國煤炭資源的開采量呈現(xiàn)出逐漸攀升的態(tài)勢，與此同時煤炭的開采廣度與深度也比以前有了顯著提高。而隨著煤礦開采深度與開采量的逐漸增加，各個煤礦企業(yè)對在重視開采技術(shù)優(yōu)化的同時，也更加關(guān)注開采過程的安全性。為了有效預(yù)防煤礦開采過程中出現(xiàn)的坍塌事故，就需要煤礦企業(yè)積極借助巷道支護(hù)技術(shù)及時加固巷道的穩(wěn)定性，這不僅可為作業(yè)人員提供更安全作業(yè)環(huán)境，而且還可提高運(yùn)輸煤炭的效率。那么，如何科學(xué)而有效地應(yīng)用巷道支護(hù)技術(shù)，是煤礦企業(yè)急需思考的問題。

1 煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的主要分類

隨著煤礦施工技術(shù)的快速發(fā)展及科學(xué)技術(shù)的日新月異，當(dāng)前煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的種類眾多，現(xiàn)將最常用的幾種總結(jié)如下：

1.1 鋼管架支護(hù)

U型鋼管支架支護(hù)技術(shù)具有很好的承載力，通常應(yīng)用在深度較大的礦井中，可有效發(fā)揮巷道支護(hù)作用。在應(yīng)用這種煤礦巷道支護(hù)基礎(chǔ)的過程中，應(yīng)合理處理與調(diào)質(zhì)卡纜，要填充好巖石支護(hù)壁，只有這樣才能使得U型鋼管支架的支護(hù)作用得以充分發(fā)揮。在使用該支護(hù)技術(shù)時需要注意的是，應(yīng)注意巖土巷道發(fā)生剝落與破碎現(xiàn)象的出現(xiàn)，因此不可單詞使用該技術(shù)，可將U型鋼管與錨噴技術(shù)聯(lián)合在一起使用，以較好彌補(bǔ)U型鋼支架單獨(dú)使用時的缺點(diǎn)與不足。因?yàn)閁型鋼管支架支護(hù)技術(shù)具有很高的承載能力，因此有很大的推廣應(yīng)用價值。

1.2 錨桿支護(hù)

錨桿支護(hù)是借助錨桿提高煤礦巷道的強(qiáng)度，從而對巷道巖層出現(xiàn)的變形情況進(jìn)行有效的控制，從而增強(qiáng)巷道自身的穩(wěn)定性。在煤礦巷道施工中應(yīng)用錨桿支護(hù)技術(shù)，可綜合發(fā)揮懸吊與固拱綜合作用，可增強(qiáng)巖層的抗彎能力，以有效降低巖層出現(xiàn)層面脫落的可能性，從而增強(qiáng)巷道巖層的穩(wěn)固性。在具體的應(yīng)用巷道錨桿支護(hù)技術(shù)的過程中，應(yīng)依照巷道的具體情況，構(gòu)建出健全的錨桿支護(hù)體系，以全包設(shè)計的錨桿支護(hù)體系可充分發(fā)揮積極的支護(hù)作用。針對部門個性化的情況，設(shè)計人員應(yīng)提高設(shè)計方案中錨桿支護(hù)技術(shù)的力度與強(qiáng)度，以有效預(yù)防煤礦巷道中巖層發(fā)生變形情況。

1.3 聯(lián)合支護(hù)

和傳統(tǒng)的單獨(dú)支護(hù)方式相比，如果可恰當(dāng)運(yùn)用聯(lián)合支護(hù)方式的話，就可獲得十分理想的支護(hù)效果。經(jīng)常用到的聯(lián)合技術(shù)主要是錨桿錨索支護(hù)技術(shù)。在該類型的支護(hù)技術(shù)中，錨桿支護(hù)是借助錨桿等構(gòu)件支撐圍巖，以有效增強(qiáng)圍巖應(yīng)力等先關(guān)的承受能力。一般來講，錨索的主要作用是把圍巖自身具有的承載層和錨桿支護(hù)過程中衍生的承載層合理地連接在一起，從而使得巖體受力面積增大，最終明顯優(yōu)化支護(hù)效果。這也是錨桿錨索支護(hù)技術(shù)的主要工作原理。在煤礦巷道施工中應(yīng)用錨桿錨索支護(hù)技術(shù)，可對頂板進(jìn)行較好的控制，從而充分發(fā)揮支護(hù)作用。在設(shè)計支護(hù)的過程中，設(shè)計人員應(yīng)依據(jù)巷道的具體情況及實(shí)際技術(shù)水平，科學(xué)設(shè)計各種參數(shù)，以最大程度優(yōu)化支護(hù)效益。

從以上文字可以看出，當(dāng)前錨桿支護(hù)技術(shù)在煤礦巷道支護(hù)活動中應(yīng)用范圍最為廣泛，是一種主要的巷道支護(hù)技術(shù)。

2 煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的作用機(jī)理

傳統(tǒng)的煤礦巷道錨桿支護(hù)理論涵蓋有加固拱、懸吊、組合梁，在實(shí)際應(yīng)用中這些支護(hù)理論在發(fā)揮積極作用的同時，也暴露出一些不足之處。依照數(shù)值計算及實(shí)測等研究成果與復(fù)雜困難煤礦巷道中的各種具體圍巖條件，本文對錨桿支護(hù)理論及高預(yù)應(yīng)力理論的主要作用機(jī)理，進(jìn)行了深入的思考。具體分析如下：①剛度在錨桿支護(hù)技術(shù)中處于核心地位，特別是錨桿自身多具有的預(yù)應(yīng)力。因此煤礦巷道圍巖施工中設(shè)計支護(hù)方式的過程中，應(yīng)依據(jù)煤礦巷道的具體情況恰當(dāng)確定錨桿的預(yù)應(yīng)力。并且，在預(yù)應(yīng)力較高的情況下，應(yīng)確保錨桿所具有的強(qiáng)度可較好地滿足相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力需求。②在煤礦巷道中運(yùn)用支護(hù)技術(shù)的主要目的，是對有效控制錨固區(qū)圍巖上出現(xiàn)的新裂紋、離層及裂縫產(chǎn)生的變形及破壞性，努力確保圍巖始終在受壓狀態(tài)中，從而大大降低甚至完全避免剪切破壞、彎曲變形、為延伸拉等狀況的出現(xiàn)，從而盡可能使得錨固區(qū)的所有圍巖都具有良好的完整性，最終顯著提高錨固區(qū)圍巖的強(qiáng)度與穩(wěn)定性。③因?yàn)閱为?dú)一根錨桿其預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生作用的范圍非常有限，在這種情況下，要想獲得更為理想的支護(hù)效果，就需要利用金屬網(wǎng)、托板、鋼帶等構(gòu)建，科學(xué)地將預(yù)應(yīng)力合理地擴(kuò)散到距離錨桿足夠遠(yuǎn)的圍巖中。從這里我們可以看出，金屬網(wǎng)及鋼帶等護(hù)鏢構(gòu)建在預(yù)應(yīng)力支護(hù)過程中發(fā)揮著重大作用。④錨索的主要作用涵蓋：錨索可借助對煤礦巷道圍巖施加足夠大的預(yù)緊力，可將層理縫隙與節(jié)理縫隙擠緊、壓密，以有效提高相鄰兩個不連續(xù)面的抗剪力，最終從整體上增強(qiáng)圍巖的強(qiáng)度。另一方面，錨索可把錨桿構(gòu)成的深部圍巖和次生承載結(jié)構(gòu)連接在一起，以有效提高次生承載結(jié)構(gòu)所具有的穩(wěn)定性。

3 支護(hù)技術(shù)在軟巖巷道中的應(yīng)用問題

在煤礦開采中軟巖巷道中應(yīng)用支護(hù)技術(shù)的過程中，尤其是在回采的軟巖巷道中普遍存在嚴(yán)重的支護(hù)問題，是大多數(shù)煤礦企業(yè)生產(chǎn)中遇到的頑疾。一般情況下，在軟巖巷道中作業(yè)時，可借助單獨(dú)的、常規(guī)的錨噴支護(hù)與U型鋼支架等往往會使得因圍巖軟化而導(dǎo)致的過量變形失去控制，這其中出現(xiàn)的支護(hù)問題表現(xiàn)在3個方面：①因?yàn)閲鷰r表面具有較差的約束力，再加上高應(yīng)力及構(gòu)造應(yīng)力的影響，通常較為薄弱的位置，極易導(dǎo)致支護(hù)體出現(xiàn)被破壞、過量變形、巖石松動等問題，從而形成巷道破碎區(qū)，進(jìn)而引發(fā)圍巖自承圈被嚴(yán)重破壞狀況的出現(xiàn)。②在開挖巷道之后，作用于圍巖的應(yīng)力會改變分布情況，甚至發(fā)生表形，從而使得支護(hù)體隨之有了巨大壓力，這一壓力與支護(hù)體自身的剛度關(guān)系密切，如果支護(hù)體增大剛度的話，那么其對壓力的抵抗能力就會隨之增加。如果支護(hù)體出現(xiàn)剛度過大的情況，那么其就無法很好適應(yīng)巷道過快變形及開挖初期有過大變形的特點(diǎn)，從而導(dǎo)致巷道圍巖的支護(hù)體有不協(xié)調(diào)的變形，最終使其被眼中破壞。③當(dāng)前最為常用的煤礦巷道支護(hù)方式是端錨錨桿支護(hù)，其構(gòu)建出來的圍巖自承圈具有較小的厚度，通常來講，錨固完成之后，圍巖自承圈大概有0.6m厚，而這一厚度比錨桿桿體的正常長度要小很多，這不僅會浪費(fèi)錨桿，而且還難以抵抗過大的圍巖壓力。

4 解決軟巖巷道支護(hù)問題的有效策略

從上文分析的煤礦軟巖巷道支護(hù)中暴露出來的一些問題我們可以看出，采用常規(guī)支護(hù)措施及單一支護(hù)措施，已經(jīng)無法滿足當(dāng)前煤礦巷道作業(yè)的需求。筆者依據(jù)自身多年從事與煤礦巷道支護(hù)活動有關(guān)的工作經(jīng)驗(yàn)，提出了一些應(yīng)對策略。具體分析如下：①應(yīng)提高支護(hù)網(wǎng)或噴層的強(qiáng)度與剛度，在部分較為薄弱的巷道中增加錨梁支護(hù)，以顯著增強(qiáng)圍巖表層所具有的約束力，從而有效預(yù)防破碎區(qū)進(jìn)一步縱深發(fā)展。②如果圍巖只是被輕微破壞的話，應(yīng)借助支護(hù)技術(shù)提高其強(qiáng)度，從而大幅增強(qiáng)軟巖巷道的承壓能力。在實(shí)際操作中，應(yīng)先采用光面爆破方法，盡可能減少圍巖振動，以有效控制圍巖上的幻想裂隙，使得圍巖的強(qiáng)度從整理上得以保持。然后，盡可能確保巷道四周光滑而平整，最大限度避免生產(chǎn)集中應(yīng)力情況的發(fā)生。接著，用新型的膨脹材料把錨桿孔充滿，從而形成全長錨固。③可合理、科學(xué)地開展二次支護(hù)。從某種層面上來講，在煤礦軟巖巷道中實(shí)施二次支護(hù)，可有效提高支護(hù)強(qiáng)度，可增強(qiáng)一次支護(hù)的柔性。在不降低軟巖巷道穩(wěn)定性的前提下，可讓圍巖出現(xiàn)一定程度的變形，從而讓其充分釋放自身能量。在支護(hù)體后期，應(yīng)確保支護(hù)體具有充足的強(qiáng)度與剛度，以實(shí)現(xiàn)較好地控制支護(hù)與圍巖過量變形問題。

總之，支護(hù)技術(shù)是煤礦巷道施工中必須用到的一種關(guān)鍵技術(shù)，尤其是在煤礦開采深度不斷增加的情況下，巷道支護(hù)技術(shù)的作用更加突出，其在加固巷道巖層、提高巷道穩(wěn)定性等方面發(fā)揮著重大積極作用。因此，煤礦企業(yè)在巷道施工中應(yīng)依據(jù)具體的情況恰當(dāng)選擇合適的支護(hù)技術(shù)。不僅要實(shí)現(xiàn)降耗節(jié)能的目的，而且還應(yīng)切實(shí)提高巷道的穩(wěn)定性，最終為煤礦作業(yè)人員提供更為安全的作業(yè)環(huán)境。

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（作者單位：1.安徽理工大學(xué)能源與安全學(xué)院；2.淮南礦業(yè)集團(tuán)）