淺析煤礦巷道支護(hù)技術(shù)及應(yīng)用

摘 要：隨著煤礦的開采程度不斷加深，煤礦企業(yè)開始將研究重點(diǎn)放在對(duì)煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的改進(jìn)上，這不僅可以大大提高煤礦開采工程的安全性，而且可以快速提高其自身的經(jīng)濟(jì)效益。本文首先介紹了煤礦巷道支護(hù)理論，其次闡述了目前煤礦巷道支護(hù)常用形式，最后分析了錨桿支護(hù)技術(shù)在軟巖巷道應(yīng)用，并提出存在的問題。

關(guān)鍵詞：煤礦巷道；錨桿支護(hù)；軟巖巷道；應(yīng)用

1 煤礦巷道支護(hù)理論

1.1 聯(lián)合支護(hù)理論

該理論應(yīng)用的核心是改變以前各種防護(hù)技術(shù)所采用的通過提高支護(hù)體的剛度來控制圍巖變形的方式，將剛?cè)嵊袡C(jī)結(jié)合，形成了對(duì)巷道的穩(wěn)定支護(hù)。該理論下的支護(hù)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于較為復(fù)雜的巷道中，但由于當(dāng)前煤礦巷道圍巖條件日漸變差，各煤礦對(duì)該理論支撐下的支護(hù)技術(shù)應(yīng)用得也越來越少。

1.2 圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論

該理論的提出是建立在巷道錨桿支護(hù)技術(shù)基礎(chǔ)之上的，錨桿支護(hù)一方面可以通過改變圍巖的應(yīng)力狀態(tài)來增加圍壓，從而達(dá)到提高圍巖承載能力的目的；另一方面還能有效提高被錨巖體性能，強(qiáng)化錨固區(qū)域巖體的峰值、峰后及殘余強(qiáng)度。

1.3 松動(dòng)圈支護(hù)理論

該理論認(rèn)為煤礦巷道在開挖過程中，會(huì)在巷道周邊圍巖上形成一個(gè)松動(dòng)圈，圍巖的變形程度主要取決于松動(dòng)圈的膨脹程度。松動(dòng)圈支護(hù)的對(duì)象是圍巖破裂時(shí)膨脹變形的巖體，該防護(hù)技術(shù)根據(jù)圍巖的分類提出了各具針對(duì)性的支護(hù)形式。

1.4 新奧法支護(hù)理論

該理論應(yīng)用下的支護(hù)原則主要包括以下幾點(diǎn)：一是進(jìn)行煤礦巷道的光面爆破；二是使用錨噴支護(hù)，對(duì)隱患區(qū)域周邊的圍巖進(jìn)行加固，提高圍巖自身的承載力；三是在存在安全隱患的巷道區(qū)域噴射混凝土，對(duì)巷道周邊區(qū)域?qū)嵭忻苜N支護(hù)。

2 煤礦巷道支護(hù)形式

根據(jù)支護(hù)對(duì)圍巖的作用方式可將煤礦巷道支護(hù)分為4類：①支護(hù)力作用在巷道圍巖表面的支護(hù)方式，如各種類型的支架、噴射混凝土、砌碹支護(hù)等；②支護(hù)力不但作用在圍巖表面， 而且作用在圍巖內(nèi)部的支護(hù)方式，如錨桿與錨索支護(hù)；③ 改善巷道圍巖力學(xué)性質(zhì)，提高圍巖強(qiáng)度的加固方法，如各種注漿加固方法；④ 改善巷道圍巖應(yīng)力狀態(tài)，使巷道處于應(yīng)力降低區(qū)，如各種應(yīng)力控制技術(shù)。

2.1 棚式支架

棚式支護(hù)曾經(jīng)是煤礦巷道的主要支護(hù)方式，在20世紀(jì)90年代初，這種支護(hù)所占的比重高達(dá)80%以上。按支護(hù)材料可分為木支架、鋼筋混凝土支架及金屬支架，其中木支架與鋼筋混凝土支架已經(jīng)逐步被淘汰。金屬支架按工作原理分剛性與可縮性支架；按支架材料分為工字鋼、U型鋼及其它；按斷面分為梯形、拱形、圓形、環(huán)形。但是，棚式支架也屬于被動(dòng)支護(hù)，支架與巷道表面很難密切接觸，控制圍巖早期變形的能力差，在復(fù)雜困難條件下支護(hù)效果差、成本高。棚式支架的用量在逐年減少，被錨桿支護(hù)逐漸替代。

2.2 錨噴支護(hù)

我國(guó)煤礦于1956年開始在巖巷中使用錨噴支護(hù)。噴射混凝土可及時(shí)封閉巷道周邊，實(shí)施密貼支護(hù)，減少水、風(fēng)對(duì)圍巖強(qiáng)度的影響。錨桿可及時(shí)支護(hù)圍巖，起到主動(dòng)加固作用，充分發(fā)揮圍巖的自承能力。經(jīng)過多年來連續(xù)不斷的研究、試驗(yàn)與推廣應(yīng)用，錨噴支護(hù)技術(shù)無論在支護(hù)理論、支護(hù)設(shè)計(jì)，還是支護(hù)材料、施工機(jī)具與工藝、質(zhì)量檢測(cè)與礦壓監(jiān)測(cè)方面都取得了長(zhǎng)足發(fā)展。錨噴支護(hù)不僅成為巖巷首選的、性能優(yōu)越的支護(hù)形式，而且錨桿支護(hù)也成為煤巷的主體支護(hù)方式。

2.3 注漿加固

在破碎煤巖體中開掘或維修巷道，采用棚式支護(hù)或錨桿支護(hù)很難取得較好的支護(hù)效果， 圍巖注漿加固是一條有效途徑。注漿漿液可充填圍巖裂隙，將破碎巖體固結(jié)，改善圍巖結(jié)構(gòu)，增加圍巖自身承載能力。目前注漿材料主要有兩大類型：水泥基材料和高分子材料，可根據(jù)巷道地質(zhì)與生產(chǎn)條件選取。

2.4 砌碹支護(hù)

砌碹支護(hù)是應(yīng)用很早的支護(hù)方式，目前在一些礦井的硐室、大巷中仍然采用。按砌碹支護(hù)材料可分為：料石、混凝土砌塊、現(xiàn)澆混凝土、現(xiàn)澆鋼筋混凝土等。但是，砌碹支護(hù)屬于剛性被動(dòng)支護(hù)，不僅支護(hù)成本高、施工速度慢，勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且不能適應(yīng)圍巖大變形。除特殊巷道和硐室，一般不宜采用。

2.5 應(yīng)力控制技術(shù)

將巷道布置在應(yīng)力降低區(qū)，或采取人工卸壓措施，使巷道周邊的高應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移，是巷道圍巖變形控制的另一個(gè)途徑。將巷道布置在應(yīng)力降低區(qū)是首選的方法。巷道布置方向優(yōu)化、斷面形狀與尺寸優(yōu)化，均可改善巷道受力狀況。人工應(yīng)力控制措施主要有切縫、鉆卸壓孔、爆破及掘卸壓巷等方式。由于人工應(yīng)力控制方法施工比較復(fù)雜，目前還沒有大面積推廣應(yīng)用。

2.6 復(fù)合支護(hù)

復(fù)合支護(hù)是采用兩種或兩種以上的支護(hù)方式聯(lián)合支護(hù)巷道。如果能充分發(fā)揮每種支護(hù)方式的支護(hù)性能，做到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，復(fù)合支護(hù)會(huì)有更好的支護(hù)效果和更廣泛的適用范圍。復(fù)合支護(hù)雖然適用范圍廣，但支護(hù)費(fèi)用高，成巷速度慢，支護(hù)形式選擇不匹配時(shí)，往往造成各個(gè)擊破的情況。應(yīng)針對(duì)巷道具體條件，選擇合理的復(fù)合支護(hù)形式，才能達(dá)到預(yù)期效果。

3 錨桿支護(hù)技術(shù)在軟巖巷道中的應(yīng)用

3.1 軟巖巷道與錨桿技術(shù)

軟巖煤礦巷道的特點(diǎn)主要為遇水會(huì)發(fā)生大量膨脹、風(fēng)化作用明顯、易發(fā)生崩解、圍巖強(qiáng)度不高、煤層與頂?shù)装鍘r層的膠結(jié)性較差等。軟巖巷道的煤層厚度大約接近6米，但由于是節(jié)理、層理發(fā)育，所以其抗壓強(qiáng)度存在明顯不足。另外，由于頂?shù)装鍘r層屬于砂質(zhì)巖層，所以頂?shù)装鍘r層強(qiáng)度不強(qiáng)且存在很大的膨脹性。軟巖巷道采用的是樹脂全長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)，錨桿為垂直巷道表面打設(shè)，W護(hù)板、金屬網(wǎng)和鋼筋網(wǎng)的應(yīng)用，使得巷道的變形程度降低，有效防止了煤礦巷道圍巖的過度膨脹，實(shí)現(xiàn)了圍巖的穩(wěn)定和完整。從整體上來看，在該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用下，圍巖的變形程度得到了較好的控制，極大滿足了煤礦采煤對(duì)安全的需求。

3.2 煤礦軟巖巷道支護(hù)存在的問題

軟巖巷道支護(hù)存在的問題主要表現(xiàn)在：第一，斷錨錨桿在進(jìn)行常規(guī)性支護(hù)時(shí)，形成的圍巖自承圈的厚度不僅小于錨桿的桿體長(zhǎng)度，還遠(yuǎn)達(dá)不到自承圈發(fā)揮效果時(shí)所應(yīng)具有的厚度，這就造成了雖然進(jìn)行了錨固，但對(duì)巷道圍巖的實(shí)際作用力不強(qiáng)；第二，煤礦巷道一經(jīng)開挖，就會(huì)使得巷道的圍巖應(yīng)力進(jìn)行重新分布。在這個(gè)過程中，支護(hù)體要承受相當(dāng)大的壓力，所以加強(qiáng)支護(hù)體的剛度也就成了解決軟巖巷道支護(hù)問題必須解決的一大難題。支護(hù)體剛度的增強(qiáng)，雖然能有效抵抗圍巖產(chǎn)生的壓力，但由于在支護(hù)體剛度的把握上存在一定難度，所以如果支護(hù)體剛度偏大，就不能適應(yīng)軟巖巷道的圍巖變形速度快且變形量大的特點(diǎn)，也就導(dǎo)致了支護(hù)體剛度與圍巖變形的不協(xié)調(diào)，也就不能充分發(fā)揮支護(hù)技術(shù)的作用；第三，由于軟巖巷道的巖層具有很大的易膨脹性，所以在高應(yīng)力和應(yīng)力的作用下，軟巖巷道圍巖薄弱的地方會(huì)造成支護(hù)體附近巖層的松動(dòng)、變形與破壞。如果破壞強(qiáng)度較大，還會(huì)使軟巖巷道形成破碎區(qū)，破碎區(qū)的進(jìn)一步發(fā)展就會(huì)導(dǎo)致圍巖自承圈的極大損壞。

4 結(jié)語

由于各煤礦開采區(qū)的地質(zhì)存在一定程度上的差異，所以必須根據(jù)煤礦巷道的實(shí)際情況，運(yùn)用適合的支護(hù)理論和支護(hù)技術(shù)。當(dāng)前使用較多、效果較好的錨桿支護(hù)技術(shù)，不僅能有效增強(qiáng)圍巖強(qiáng)度，還在很大程度上保證了采煤的安全性。

參考文獻(xiàn)

[1]郗澤松.煤礦巷道支護(hù)類型研究[J]. 內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì). 2014（04）

[2]晏勇，曹桂寶，李杰遠(yuǎn).關(guān)于煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的研究[J]. 內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì). 2014（01）

[3]高鐵成.煤礦巷道支護(hù)技術(shù)探討[J]. 中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品. 2013（08）

作者簡(jiǎn)介

王李平（1988-），男，漢族，畢業(yè)于西安科技大學(xué)，采礦工程專業(yè)，工程師，主要從事煤礦回采，掘進(jìn)等工作。