煤礦巷道支護(hù)技術(shù)研究

盧斌

摘? 要：隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對能源的需求日益增加，煤炭作為傳統(tǒng)能源的重要種類，在我國能源結(jié)構(gòu)中占有重要的比例，煤礦開采量巨大。長期的巨量開采，煤礦開采深度、廣度不斷增加，使得巷道支護(hù)的難度系數(shù)也在不斷上升，這對煤礦巷道支護(hù)工作及支護(hù)技術(shù)提出了更高的要求。該文簡要闡述了煤礦巷道的支護(hù)原理，在此基礎(chǔ)上，對煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展進(jìn)行了探討，分別就砌碹支護(hù)技術(shù)、棚式支架技術(shù)、錨桿支護(hù)技術(shù)以及復(fù)合支護(hù)技術(shù)進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析論述。

關(guān)鍵詞：巷道支護(hù)? 支護(hù)技術(shù)? 煤礦巷道

中圖分類號：TD353? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）02（c）-0067-02

巷道支護(hù)對煤礦開采至關(guān)重要，是確保煤礦開采作業(yè)安全、順利進(jìn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。就目前而言，有關(guān)煤礦巷道支護(hù)的理論與相關(guān)技術(shù)應(yīng)用研究取得很多成果，該文就當(dāng)前主流的煤礦巷道支護(hù)技術(shù)進(jìn)行一些探討，以期能夠為相關(guān)工作提供一些參考。

1? 煤礦巷道支護(hù)原理

就煤礦開采而言，實際是對礦產(chǎn)資源所在地質(zhì)穩(wěn)定條件的一種破壞，根據(jù)地質(zhì)條件的復(fù)雜程度，被破壞后要想獲得穩(wěn)定的巷道圍巖結(jié)構(gòu)，必須要采取相應(yīng)的措施對巷道進(jìn)行支護(hù)，使巷道圍巖與支護(hù)體系成為一個整體，控制圍巖變形，重新形成一種新的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。隨著巷道支護(hù)理論的不斷推陳出新，巷道支護(hù)技術(shù)也取得了不斷的進(jìn)步。就支護(hù)理論而言，聯(lián)合支護(hù)理論、圍巖強度強化理論、松動圈支護(hù)理論、新奧法支護(hù)理論等從不同的理論視角就巷道支護(hù)進(jìn)行了研究，并由此形成了各種巷道支護(hù)技術(shù)。而在技術(shù)應(yīng)用層面，砌碹支護(hù)技術(shù)、棚式支架技術(shù)、錨桿支護(hù)技術(shù)、錨噴支護(hù)技術(shù)、注漿加固技術(shù)以及復(fù)合支護(hù)技術(shù)等，針對不同的應(yīng)用條件具有各自的應(yīng)用優(yōu)勢，其中，錨桿支護(hù)是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的一種煤礦巷道支護(hù)技術(shù)。

2? 煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

2.1 砌碹支護(hù)技術(shù)

砌碹支護(hù)技術(shù)是煤礦巷道支護(hù)中早期應(yīng)用較為廣泛的一種支護(hù)方式。砌碹支護(hù)技術(shù)屬于剛性支護(hù)技術(shù)，所用原料多為石材，因此也叫石材支護(hù)。砌碹支護(hù)種類多樣，根據(jù)所用材料的不同，可分為料石支護(hù)、混凝土支護(hù)、鋼筋混凝土支護(hù)等。砌碹支護(hù)具有施工簡便、操作簡單等優(yōu)點，但其缺點也很明顯：一是需要養(yǎng)護(hù)時間，不能立刻產(chǎn)生支撐力;二是施工的人員勞動強度大，無法機械化作業(yè)，施工速度慢，對快速掘進(jìn)具有較大影響;三是需要增加臨時支護(hù)，綜合效率比較低。砌碹支護(hù)的這些缺點在很大程度上限制了其應(yīng)用范圍，但其技術(shù)應(yīng)用在很多特定形勢下仍具有較強的適用性，如圍巖破碎較為嚴(yán)重或不穩(wěn)定的巷道地段、巷道大面積淋水或局部涌水、存在化學(xué)腐蝕的巷道地段等。砌碹支護(hù)形式堅固耐用、防火防水，在中、小礦井中，或在其他支護(hù)不適合的地質(zhì)條件下采用，具有良好的應(yīng)用效果。在料石砌碹巷道的穩(wěn)定性研究方面，相關(guān)結(jié)果表明，拱頂易受拉最先破壞，巷道跨度增大時，拱頂傳遞到兩直墻的載荷超過直墻極限承載能力，直墻將先于拱頂受壓破壞;影響碹體穩(wěn)定的因素有巷道的跨度、直墻厚度、料石強度和頂板對碹體載荷分布狀態(tài)。

2.2 棚式支架技術(shù)

棚式支架技術(shù)在20世紀(jì)90年代曾是我國煤礦巷道支護(hù)的重要的技術(shù)形式之一，應(yīng)用廣泛。按照支架材料的不同，棚式支架技術(shù)可以分為鋼筋混凝土支架支護(hù)、金屬支架支護(hù)、木支架支護(hù)等。其中，金屬支架由于在安裝時更為簡便，是棚式支架支護(hù)技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的一種形式。棚式支架支護(hù)也是屬于剛性支護(hù)技術(shù)的一種，且與巷道表面接觸較少，在巷道圍巖變形嚴(yán)重或是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的情況下，應(yīng)用效果并不理想，存在初撐力不足、不具備主動支撐頂板的能力、無法防止巷道頂板早期離層等缺陷，目前已經(jīng)逐漸被應(yīng)用效果更好的錨桿支護(hù)技術(shù)所取代，其應(yīng)用更多地出現(xiàn)在需要聯(lián)合支護(hù)或是復(fù)合支護(hù)的巷道支護(hù)條件下。而相關(guān)研究表明，U型鋼棚式支護(hù)失效原因主要為：支架與圍巖接觸不均勻、支架強度低、支架本身的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等。

2.3 錨桿支護(hù)技術(shù)

錨桿支護(hù)技術(shù)是目前應(yīng)用廣泛的一種巷道支護(hù)技術(shù)，其借助了錨桿的加固特性，增強了巷道圍巖的相對強度，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得以提升，能夠有效控制巷道圍巖的變形程度。與傳統(tǒng)的棚式支架相比，錨桿支護(hù)具有主動加固巷道面板巖層的能力，當(dāng)巖層受外力作用或是發(fā)生分化時，錨桿支護(hù)的承載作用不會發(fā)生變化，支護(hù)的安全性更高?；阱^桿支護(hù)更為先進(jìn)的技術(shù)性能，其應(yīng)用受到更為廣泛的關(guān)注，相關(guān)的研究較為豐富，就不同錨桿支護(hù)方式下強頂弱幫巷道的穩(wěn)定性來說，通過合理選擇錨桿參數(shù)將頂、幫錨固體聯(lián)接成整體錨固結(jié)構(gòu)，可克服常規(guī)錨固結(jié)構(gòu)存在角部薄弱環(huán)節(jié)的缺陷，增強頂、幫、角錨固結(jié)構(gòu)在深部圍巖的疊加效應(yīng)，使巷道圍巖的穩(wěn)定性得以提升。就高強錨桿預(yù)緊力影響因素明來說，錨桿預(yù)緊扭矩影響最大，錨桿與螺母之間、螺母與墊圈之間的摩擦力次之。錨桿安裝預(yù)緊扭矩與錨桿預(yù)緊力呈正比線性關(guān)系，增大錨桿安裝預(yù)緊扭矩能夠明顯提高錨桿預(yù)緊力;錨桿直徑越小，相同的預(yù)緊扭矩轉(zhuǎn)化的預(yù)緊力越大。

2.4 復(fù)合支護(hù)技術(shù)

在實際的巷道掘進(jìn)中，很多情況下采用單一的支護(hù)技術(shù)并不能完全解決巷道支護(hù)中存在的所有問題，而且單一的支護(hù)技術(shù)總有其局限性，因此，將多種單獨的支護(hù)技術(shù)結(jié)合起來解決巷道中存在的各類支護(hù)問題，就形成了一種專門的支護(hù)技術(shù)，即復(fù)合支護(hù)技術(shù)。復(fù)合支護(hù)技術(shù)在實踐應(yīng)用中范圍更加廣泛，集合各種支護(hù)技術(shù)的優(yōu)點能夠解決巷道支護(hù)中存在的多種問題，支護(hù)效率更高，效果更好。在實踐研究中，針對神東公司寸草塔二礦的煤巖層地質(zhì)特征，在該礦主斜井延伸段上下山巷道交岔點使用了礦用U型鋼棚+砌碹支護(hù)的復(fù)合支護(hù)技術(shù)，取得了良好的效益。在軟巖大變形巷道支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用研究中，采用了錨噴-砌碹相結(jié)合的復(fù)合支護(hù)技術(shù)。支護(hù)后的巷道變形得到了良好的控制，混凝土噴層未出現(xiàn)裂縫，，圍巖變形速度迅速減小;錨噴10d后圍巖變形基本穩(wěn)定，此時進(jìn)行二次砌碹支護(hù)效果最好，可以保證巷道的長期穩(wěn)定。

復(fù)合支護(hù)技術(shù)雖然具有諸多優(yōu)點，但是對于一些問題較為單一的煤礦巷道，卻并不是完全適用，太過復(fù)雜的技術(shù)設(shè)計，有時反而不利于巷道支護(hù)的實際。此外，考慮到復(fù)合支護(hù)技術(shù)相較于單一的支護(hù)技術(shù)成本更高，實施難度更大，在實際運用過程中，還需要結(jié)合具體情況進(jìn)行斟酌以確定最佳的技術(shù)方案。

3? 結(jié)語

總體來說，隨著煤礦資源開采時間的不斷增加，煤礦開采的條件變得越來越復(fù)雜，巷道支護(hù)面臨的各種問題也不斷增多，難度系數(shù)不斷增大。各種巷道支護(hù)技術(shù)都具有自身的局限性，同時也具有獨特的優(yōu)點，在實踐應(yīng)用中，如何選擇巷道支護(hù)技術(shù)，還要從實際出發(fā)，綜合考慮其技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)，適合的就是最好的。

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