煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的研究和應(yīng)用

王華

摘要：我國(guó)煤礦開(kāi)采有了新的發(fā)展趨勢(shì)，煤礦資源的利用越來(lái)越趨向于多元化和多樣化的發(fā)展趨勢(shì)，但是煤炭是不可再生資源，其開(kāi)采量越來(lái)越少，并且從實(shí)際的情況上來(lái)看，煤炭資源的穩(wěn)定性較差，較為常見(jiàn)的是支護(hù)較為困難的軟巖巷道。文章針對(duì)煤礦巷道支護(hù)理論與設(shè)計(jì)方法等內(nèi)容進(jìn)行了分析，并對(duì)煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：煤礦巷道；支護(hù)技術(shù)；煤礦開(kāi)采；煤礦資源；能源開(kāi)發(fā) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TD353 文章編號(hào)：1009-2374（2017）07-0214-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.07.102

從目前的情況來(lái)看，我國(guó)在能源開(kāi)發(fā)方面還有待完善，目前所運(yùn)用的能源大多都是屬于不可再生資源，而煤炭就是最主要的能源之一。在未來(lái)的幾十年當(dāng)中，煤炭在能源結(jié)構(gòu)中的地位還難以撼動(dòng)。我國(guó)與其他國(guó)家有所不同，在能源開(kāi)采方面并沒(méi)有限制太多，所以目前我國(guó)很多容易開(kāi)采的煤礦資源已經(jīng)被開(kāi)采，這就意味著需要在井下挖掘大量的巷道，這樣才會(huì)為煤炭的長(zhǎng)期開(kāi)采和挖掘給予一定的幫助，而巷道支護(hù)技術(shù)在該環(huán)節(jié)中將會(huì)承擔(dān)起非常關(guān)鍵的一個(gè)因素。

現(xiàn)如今在煤礦的開(kāi)采和應(yīng)用中，錨桿支護(hù)技術(shù)應(yīng)用非常普遍，而在幾十年前，錨桿支護(hù)技術(shù)并沒(méi)有真正的應(yīng)用到煤礦開(kāi)采中，只有少部分煤礦認(rèn)識(shí)到巷道設(shè)計(jì)的重要性，實(shí)際上將錨桿支護(hù)技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際的煤礦開(kāi)采中，可以有效地提升煤礦的開(kāi)采效率。但是要想真正地將這一技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際的煤礦開(kāi)采中并不是一件容易的事情，近些年我國(guó)大多數(shù)煤礦存在煤礦巷道內(nèi)部條件較為復(fù)雜、軟巖巷道、深部巷道等情況，要想對(duì)這些巷道進(jìn)行支護(hù)有著一定的困難。

1 煤礦巷道支護(hù)理論與設(shè)計(jì)方法

1.1 巷道支護(hù)理論概述

煤礦巷道支護(hù)理論是煤礦支護(hù)理論的一個(gè)基礎(chǔ)性?xún)?nèi)容，從古至今，人們始終沒(méi)有停止過(guò)對(duì)能源的開(kāi)采和應(yīng)用，而煤礦巷道支護(hù)技術(shù)也已經(jīng)有了十幾種理論形式，其中較為常見(jiàn)的就是懸吊理論、加固理論、最大水平應(yīng)力理論等，其中懸吊理論主要就是應(yīng)用于軟圍巖巷道頂板錨桿技術(shù)，在實(shí)際的煤礦開(kāi)采中，雖然這種巷道技術(shù)較為少見(jiàn)，應(yīng)用也不多，但是這種懸吊理論卻能夠更加直觀地為煤礦開(kāi)采給予幫助。而加固理論則從宏觀的角度分析了煤礦巷道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，加固理論也具有自身的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)特征，一般情況下都是在被縱橫交錯(cuò)的弱面切割的巖層中安裝錨桿，這樣可以提升煤礦內(nèi)部巷道的穩(wěn)定性。除此之外，最為常見(jiàn)的就是澳大利亞錨桿支護(hù)技術(shù)，該種技術(shù)在某種程度上可以克服水平應(yīng)力，避免巷道內(nèi)部出現(xiàn)變形、破裂等問(wèn)題。但是澳大利亞錨桿支護(hù)技術(shù)也有著一定的應(yīng)用范圍，通常情況下更適用于巷道平行于最大水平應(yīng)用力，而其并不適用于垂直水平應(yīng)用力。

1.2 巷道支護(hù)設(shè)計(jì)方法

巷道支護(hù)設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)就是調(diào)整支護(hù)形式和支護(hù)參數(shù)，這樣做能夠更好地提升支護(hù)強(qiáng)度，為保證巷道內(nèi)部安全奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。選擇科學(xué)有效的巷道支護(hù)方法可以更好地提升巷道內(nèi)部的安全性。據(jù)有效數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，巷道支護(hù)方法分為很多種，其中較為重要的有工程類(lèi)比法、理論計(jì)算法、實(shí)測(cè)法和數(shù)值模擬法等，這些都是巷道支護(hù)設(shè)計(jì)方法中最為常見(jiàn)的方法之一。其中工程類(lèi)比法主要就是根據(jù)參照現(xiàn)有的施工模式和巷道支護(hù)方法所涉及的一種巷道支護(hù)形式，而理論計(jì)算法是具有實(shí)踐性的一種方法，不僅可以更好地提升巷道內(nèi)部的安全性，還可以有效地發(fā)揮出巷道的穩(wěn)定性。理論計(jì)算法主要就是利用懸吊理論來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，這一巷道支護(hù)設(shè)計(jì)方法更具有創(chuàng)新性。而組合梁和加固理論則更需要這些參數(shù)，只有明確現(xiàn)有的參數(shù)和計(jì)算模式，將實(shí)測(cè)法應(yīng)用到實(shí)際的巷道測(cè)量中，才會(huì)更好地發(fā)揮出實(shí)測(cè)法的自身價(jià)值，為煤礦巷道的支護(hù)技術(shù)提供一定的幫助。完善的煤礦巷道支護(hù)設(shè)計(jì)方案將會(huì)為煤礦的安全性給予更高的保障，在保證工作人員自身安全的情況下才能更好地實(shí)現(xiàn)煤礦的穩(wěn)定性發(fā)展。

2 煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

2.1 軟巖巷道支護(hù)特點(diǎn)

從科學(xué)的角度上來(lái)看，軟巖巷道主要就是指容易風(fēng)化、土質(zhì)黏結(jié)性差、土質(zhì)松軟、穩(wěn)定性差的巖石等，由于軟巖石巷道硬度較差，很容易受到外界環(huán)境和因素的影響，所以在對(duì)這類(lèi)煤礦進(jìn)行巷道支護(hù)設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)該格外注意。如果需要用數(shù)據(jù)來(lái)判斷的話，通常就是松動(dòng)圈厚度達(dá)到1.5m以上的被稱(chēng)之為軟巖。從我國(guó)目前的地形上來(lái)看，軟巖的分布并沒(méi)有規(guī)律，很多地區(qū)都有軟巖分布，通常情況下成巖土層較為深厚并且年代久遠(yuǎn)，其巖層無(wú)論強(qiáng)度大小都被稱(chēng)之為軟巖。軟巖的自身性質(zhì)也將會(huì)決定巷道的實(shí)際特點(diǎn)。不同程度的軟巖也應(yīng)該有著具體的劃分，并不是所有的軟巖都符合同一情況的巷道設(shè)置。可見(jiàn)軟巖巷道支護(hù)具有一定的要求和特點(diǎn)，只有站在正確的角度去分析和理解問(wèn)題，才會(huì)更好地設(shè)置巷道內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)巷道支護(hù)體系的完善性奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.2 軟巖巷道支護(hù)不合理問(wèn)題分析

巷道支護(hù)不合理主要分為三種情況：一種是支護(hù)力度過(guò)強(qiáng)，這種支護(hù)形式將會(huì)導(dǎo)致支護(hù)超出了需求，也會(huì)造成支護(hù)經(jīng)費(fèi)的浪費(fèi)，這種情況一般較為少見(jiàn)；第二種剛好與這種支護(hù)情況相反，主要就是因?yàn)橹ёo(hù)不足而造成的巷道問(wèn)題。有一些煤礦為了節(jié)省經(jīng)費(fèi)，在對(duì)巷道支護(hù)的時(shí)候存在用料不足的情況，這將會(huì)嚴(yán)重影響巷道內(nèi)部的構(gòu)造，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致巷道出現(xiàn)變形，影響巷道的正常功能。有些時(shí)候這種情況還需要花費(fèi)大量的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)來(lái)對(duì)其進(jìn)行維護(hù)和修理，產(chǎn)生事半功倍的效果。這種情況在一般的煤礦巷道設(shè)計(jì)中較為常見(jiàn)；另外一種情況就是巷道支護(hù)嚴(yán)重不合理，主要是因?yàn)樵O(shè)計(jì)與實(shí)際參數(shù)不符而導(dǎo)致的。

例如一條主要應(yīng)用于人員通行和運(yùn)料的巷道，其矩形斷面的寬度為3.8m，高度為3.2m。具體的支護(hù)方案是設(shè)置5根17*2000（mm）的螺紋鋼作為錨桿，其間距可以設(shè)置為900mm，然后再設(shè)置三根與頂板相同規(guī)格的螺紋鋼在兩幫，也是作為錨桿用途，其間距可以設(shè)置為1100mm，排間距為1700mm，梁子梯為12*6000（mm）。

上述支護(hù)存在著一些問(wèn)題，其中主要問(wèn)題就是兩幫存在內(nèi)擠情況，并且整體巷道呈現(xiàn)出一種下窄上寬的情況，這種倒梯形的設(shè)計(jì)并不會(huì)有助于煤礦的開(kāi)采。與此同時(shí)還存在著上幫有掏空的情況。

針對(duì)上述問(wèn)題，可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上圍巖強(qiáng)度較軟時(shí)，將會(huì)引發(fā)節(jié)理裂隙的發(fā)育，使得含黏土的礦物質(zhì)會(huì)干擾巷道的內(nèi)部環(huán)境。造成其內(nèi)部應(yīng)力疊加并且集中，對(duì)巷道內(nèi)部的穩(wěn)定性造成很大的影響。除此之外，圍巖不做封閉也會(huì)導(dǎo)致其長(zhǎng)時(shí)間暴露于空氣當(dāng)中，容易出現(xiàn)風(fēng)化。其中影響巷道內(nèi)部環(huán)境的最主要原因就是支護(hù)參數(shù)不合理，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中錨桿固定不足，支護(hù)強(qiáng)度與參數(shù)不符等，這些因素都將會(huì)造成煤礦巷道支護(hù)存在一定的問(wèn)題。

2.3 軟巖巷道支護(hù)改善和優(yōu)化措施

上文當(dāng)中，主要講述了軟巖巷道以及軟巖巷道的支護(hù)技術(shù)等內(nèi)容，只有對(duì)其采用窺視孔進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)其兩幫松動(dòng)圈達(dá)到4m厚的時(shí)候，底板松動(dòng)圈厚度也應(yīng)該達(dá)到2m，這種軟巖巷道已經(jīng)屬于大松動(dòng)軟巖巷道。其兩幫圍巖的荷載試驗(yàn)經(jīng)修訂后可以達(dá)到15Pa，已經(jīng)屬于軟巖。通過(guò)檢測(cè)可以發(fā)現(xiàn)，其內(nèi)部的開(kāi)掘速率在7～19mm/d，這一變形速率會(huì)影響檢測(cè)點(diǎn)的變形量。上述幾種情況都是較為薄弱的環(huán)境，只有從根本上認(rèn)識(shí)到問(wèn)題的關(guān)鍵所在，并且采用創(chuàng)新式的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方法，才會(huì)更好地提升巷道支護(hù)技術(shù)的完善性。而要想改善其問(wèn)題，就應(yīng)該設(shè)計(jì)新的支護(hù)方案，應(yīng)該將頂板設(shè)置為6根25*2500（mm）的螺紋鋼來(lái)強(qiáng)化其拉力，通過(guò)加長(zhǎng)樹(shù)脂錨固來(lái)進(jìn)一步的完善方案，為提升煤礦巷道的安全性奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文主要論述了煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的研究與應(yīng)用等內(nèi)容，通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的研究是非常重要的，其不僅僅關(guān)系到煤礦巷道內(nèi)部的安全性和穩(wěn)定性，還關(guān)系到開(kāi)采工作能否順利進(jìn)展。在實(shí)際的巷道設(shè)計(jì)中，人們一定要注重支護(hù)參數(shù)、支護(hù)效果的應(yīng)用，這樣才會(huì)更好地保障煤礦安全，為實(shí)現(xiàn)煤礦的長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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（責(zé)任編輯：秦遜玉）