復雜地質(zhì)條件下采煤掘進支護技術探究

董軍

摘要：隨著我國的快速發(fā)展，人們對煤炭資源的需求與日俱增，煤炭資源開采強度越來越大。同時，煤礦開采技術的優(yōu)化和創(chuàng)新也從未間斷。在復雜地質(zhì)條件下，煤巖性質(zhì)和地質(zhì)構造是影響煤礦巷道成巷的兩大因素。根據(jù)巷道所處的煤巖性質(zhì)及地質(zhì)構造，采用切合現(xiàn)場實際的掘進設備和掘進支護技術是煤礦巷道掘進施工中的根本措施。正確的掘進支護技術可以使巷道施工更加安全、高效、高質(zhì)量。

關鍵詞：復雜地質(zhì)；采煤；掘進支護；技術探究

中圖分類號：TD353 文獻標識碼：A

引言

采煤掘進支護技術對采煤的具體實施來說十分重要，必須結合具體的情況使其得到有效運用，并且不斷對其進行優(yōu)化。

1.煤礦掘進地區(qū)的地質(zhì)條件

1.1地質(zhì)構造

地質(zhì)構造是指在地層內(nèi)、外應力作用下，巖層（煤層）或巖體發(fā)生變形、位移或斷裂而產(chǎn)生的地質(zhì)形態(tài)。主要分為水平構造、傾斜構造、斷裂和褶皺。在復雜地質(zhì)條件下，斷層落差、斷層走向、煤層賦存變化萬千，各種地質(zhì)構造難以預測。特別是在臨近地質(zhì)構造時，由于掘進、采動及支護等擾動影響而導致圍巖應力重新分布，同時，受淋水、風化等物化反應，煤巖性質(zhì)發(fā)生改變，及時根據(jù)現(xiàn)場實際情況改變掘進支護技術參數(shù)和掘進設備才能保證巷道掘進的安全和高效。

1.2煤巖性質(zhì)

煤礦巷道掘進時，巷道原始應力平衡被打破，引起圍巖應力的二次分布，巷道頂板、底板、兩幫煤巖發(fā)生形變和位移。特別是在軟巖和具有煤巖突出特性的煤巖中進行巷道掘進時，煤巖形變和位移更加劇烈和明顯，要特別注意加強巷道支護的監(jiān)測和管理，及時更改技術參數(shù)。 軟巖由于含有大量高嶺石、蒙脫石等遇水易膨脹的礦物質(zhì)，其自身強度低，遇水后在水理作用下，軟巖強度會進一步降低。因此，軟巖巷道會隨著時間的推移，在地應力、水平應力以及水理作用下，巷道兩幫凸出、底鼓變形嚴重。煤巖突出多發(fā)生在地質(zhì)構造帶附近，在巷道開掘后，巷道圍巖應力重新分布，在地應力和瓦斯的共同作用下，煤、巖石和瓦斯在極短時間內(nèi)向自由區(qū)噴出或釋放。尤其在頂?shù)装鍘r性致密硬度高、煤層硬度低、高瓦斯、高低壓的巷道中多發(fā)。

2.復雜地勢煤礦掘進技術的難點

隨著煤礦開采深度的增加，礦井兩邊的地質(zhì)結構可能會因開采而產(chǎn)生破壞，這對我們的煤礦開采來說是很危險的。地質(zhì)條件的變化是煤礦開采過程中經(jīng)常遇到的難題之一，煤礦頂板的巖性不同，在煤礦開采前要對這些進行嚴格的檢測，還要對圍巖的應力進行檢測，這樣在煤礦的掘進中才能保證安全[2]。在煤礦開采過程中經(jīng)常遇到礦井形狀出現(xiàn)變化的現(xiàn)象，這就是前面掘進后面維修的情況，因開采煤礦的頂板巖性較松軟，在掘進過程中經(jīng)常會遇到前面正在掘進，后面巷道就出現(xiàn)松動的情況。

3.復雜地質(zhì)條件下的相關采掘支護技術

在遇到地質(zhì)比較復雜的開采條件時，技術人員必須對多個因素進行綜合考慮，不斷地完善管理結構，對資源進行合理有效的配置，同時采用針對性的地質(zhì)掘進技術也相當重要。常用的掘進技術主要包括以下幾種。

3.1直接破頂法

利用掘進機的沖擊方式將斷層頂部直接進行破除，把結構相對比較穩(wěn)定的頂板圍巖留下。然后再充分應用錨王索對整體進行相關的支護。之后，在具體施工的過程中，要保證整個頂板巖石的落差不超過2m。而如果在操作的過程中因為太過脆弱而出現(xiàn)破裂的情況的話，那么整體支護水平將不能夠再進行下去。此外，煤礦掘進中一般也都存在坡度非常大的情況，這個時候破頂法才能夠解決該問題。

3.2退后臥頂法

如果在煤礦掘進的過程中存在比較完整而堅固的斷層頂板時，那么一定要先確認它們兩者間的誤差不超過2.5m。之后再采用支護的方式來圍巖。在實際操作中，要遵循先后退再臥底的方式來施工，這樣才能夠確保整個斷層的巷道都能夠在遵循各類指標的前提下達到相關的要求，從而使得煤礦掘進工程的安全性更上一層樓。

3.3錨桿臨時支護

加U型鋼架法如果在復雜地質(zhì)施工中存在較大的斷層的話，那么在煤礦掘進的過程中就非常容易出現(xiàn)坍塌甚至破碎的問題。每當這個時候就可以應用在支護上加入U型鋼架的方法來解決問題。在操作的過程中要注意以下幾點。第一，把整體錨桿的角度都控制在45°以上。第二，通過合理利用預緊力的方式來更好地實現(xiàn)對圍巖結構的加固，這樣才能夠有效避免在煤礦掘進的過程中出現(xiàn)的頂板破碎的問題。第三，在整個過程中也要充分對支護進行考慮，一方面要對巷道的斷面形狀和穩(wěn)定性進行考慮，另外一方面也要對整個巷道斷面的形狀和穩(wěn)定性進行考量。

4.工程案例

4.1工程概況

2614工作面標高-792～-832m，平均走向長度1900m，傾斜長度168m，煤層基本呈寬緩復式褶曲構造形態(tài)，傾角2°～12°，平均6°？工作面范圍內(nèi)共揭露15條斷層，由于工作面掘進和回采過程中揭露多條同傾向疊加斷層，最小落差為0.6m，最大16m，對工作面回采影響極大？綜合考慮巷道圍巖地質(zhì)條件？服務年限？采掘接替等因素，最終確定2614改造回風巷巷道支護設計及施工方法？

4.2巷道支護設計

頂幫均采用22mm×2200mm高強錨桿，頂板配合使用5眼3.4m長M鋼帶（眼距800mm），兩幫使用豎向M鋼帶（采用2眼及3眼鋼帶搭配使用，長度分別為1700，1000mm，眼距均為700mm）；幫頂錨桿排距均為800mm，全斷面鋪設鋼筋網(wǎng)（網(wǎng)格規(guī)格70mm×70mm）；在巷道頂板中線0.05m及左右各0.85m處布置3排錨索梁，呈“五花布置”，錨索梁采用2m長16號槽鋼加工，眼距1600mm，錨索規(guī)格為189mm×7200mm，槽鋼下部托盤采用10mm厚鋼板加工，規(guī)格為100mm×100mm，錨索托盤與鎖具之間安設讓壓管？頂板不平時使用單錨索，錨索托盤采用12mm厚鋼板加工，一大一小配套使用，規(guī)格為400mm×400mm和200mm×200mm？

4.2煤巷炮掘臨時支護形式

①工作面掘進期間采用單體柱配合12m長鉸接梁架3排走向棚（一梁一柱）對新掘出的巷道進行臨時支護，臨時支護棚距作業(yè)面不超過400mm，超過400mm時，在鉸接梁梁頭與迎面墻之間支設1根戴帽單體點柱或延接1根06m長的鉸接梁對頂板進行支護，3排鉸接梁走向棚間距不大于1200mm，走向棚最大支護長度不超過34m？②為提高掘進速度，避免因錨桿？錨索滯后造成不能進尺的情況，在鉸接梁走向棚后采用單體柱配合32m長Π型梁，“一梁三柱”，垂直于巷道架傾向棚進行臨時支護，棚距600mm，頂板不平整處使用木料背實；走向鉸接梁棚與傾向棚之間間距不得大于600mm，傾向棚不超過10棚？③掘進期間，臨時支護的巷道幫部網(wǎng)片在放炮前必須鋪設至作業(yè)面，幫部錨桿滯后作業(yè)面不得超過34m；距工作面10m內(nèi)的架棚支護，在爆破前必須加固？

5.結束語

通過本文的分析，可知在復雜地質(zhì)條件下，煤礦巷道掘進過程中存在各種難點和要點，全面正確的分析巷道圍巖環(huán)境和地質(zhì)條件，準確找出巷道掘進過程中的影響因素，針對性的采用新技術、新手段、新設備。同時加強監(jiān)測監(jiān)控，當巷道環(huán)境發(fā)生變化時，及時調(diào)整技術或設備參數(shù)等，才能確保煤礦巷道掘進的安全施工和支護質(zhì)量。

參考文獻：

[1]司栓柱.復雜地質(zhì)條件下的煤礦采煤掘進支護技術的運用分析[J].山西能源學院學報，2017，30（03）：12-13.

[2]郭峰.復雜地質(zhì)條件下的煤礦采煤掘進支護技術探討[J].科技風，2017（11）：145.

[3]田豐.試析復雜地質(zhì)條件下的煤礦采煤掘進支護技術及其運用[J].黑龍江科技信息，2016（33）：10.