復(fù)雜地質(zhì)條件下的采煤掘進支護技術(shù)分析

戴韶虎 馬新民

【摘 要】為了確保采煤工作順利進行，分析了復(fù)雜地質(zhì)條件下采煤掘進存在的問題，結(jié)合實際案例探討了復(fù)雜地質(zhì)條件下采煤掘進過程中常用的支護技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】采掘工作面；復(fù)雜地質(zhì)；支護技術(shù)

引言

相關(guān)施工單位在實際開采煤礦的過程當中，面對的主要問題就是如何實現(xiàn)對開采工作安全性的保障。在保障開采安全方面相應(yīng)的支護技術(shù)所起到的作用十分重要，尤其是復(fù)雜的地質(zhì)條件對煤礦開采工作提出更高的要求與挑戰(zhàn)。這要求我們必須在結(jié)合實際的基礎(chǔ)上科學(xué)選擇支護技術(shù)，煤礦采煤掘進支護技術(shù)在改善上述現(xiàn)象方面所起到的作用至關(guān)重要，因此相關(guān)部門以及工作人員必須提高對該項技術(shù)的重視程度，進行科學(xué)使用。

1復(fù)雜地質(zhì)條件下采煤掘進存在的問題

煤礦分為露天煤礦和井工煤礦，露天煤礦的煤層距離地面比較近，可以直接剝離地表進行開采；井工煤礦距離地表比較遠，需要向地下開井掘道采掘煤炭。中國大部分屬于井工煤礦，由于井工煤礦在地下開采，地下地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜，給煤礦開采帶來一定的難度。復(fù)雜地質(zhì)條件下采煤掘進過程中，主要面臨以下問題。

1.1地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化

煤礦開采大多數(shù)由淺到深作業(yè)，作業(yè)難度也進一步擴大。由于礦井地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，礦井容易受到地下水的影響，出現(xiàn)突水現(xiàn)象。同時，由于煤礦不斷開采，大量煤炭被開采出來，形成采空區(qū)，煤礦圍巖壓力發(fā)生變化，很容易出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，增加了煤礦開采難度。

1.2容易引發(fā)支護結(jié)構(gòu)變形移位

對于地質(zhì)條件比較復(fù)雜的煤礦，巷道挖掘過程中改變了原來的巷道圍巖應(yīng)力，這時巷道圍巖容易發(fā)生變形，導(dǎo)致巷道頂板出現(xiàn)沉降變形。巷道支護結(jié)構(gòu)無法支撐巷道掘進工作，支護結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形、移位等現(xiàn)象，從而引發(fā)安全事故。

1.3巷道斷層較多

該煤礦地形地質(zhì)條件相當復(fù)雜，同時有大坡度的巷道存在。通過分析巷道周邊我們可以發(fā)現(xiàn)，其地質(zhì)存在較多的斷層等現(xiàn)象。薄煤層在整個礦井中所占據(jù)的比例相當大。在實際針對薄煤層進行開采作業(yè)的過程當中，半煤巷是巷道掘進支護所使用的主要手段，這對支護工作所提出的要求相當高。

2復(fù)雜地質(zhì)條件下的采煤掘進支護技術(shù)

2.1錨桿支護

注漿錨桿支護施工工藝流程詳見圖1

圖1

2.1.1施工原材料

1、錨桿：各部位錨桿型式按設(shè)計施工圖要求，錨桿的材料選用符合設(shè)計要求的Ⅱ級螺紋鋼筋。

2、水泥：注漿錨桿所用水泥采用強度等級為42.5MPa的普通硅酸鹽水泥。

3、砂：采用最大粒徑小于2.5mm的中細砂。

4、水泥（砂）漿配合比：砂漿標號必須滿足施工圖紙的要求，注漿錨桿砂。漿強度等級不低于20MPa，水泥砂漿配合比在以下規(guī)定范圍內(nèi)通過試驗選定：水泥：砂，1：1～1：2（重量比）；水泥：水，1：0.38～1：0.45（重量比）.

5、外加劑：按施工圖紙要求，在水泥（砂）漿中添加速凝劑和其他外加劑，其品質(zhì)不含有對錨桿產(chǎn)生腐蝕作用的成分。

2.1.2錨桿孔鉆孔

1、測量放樣：采用全站儀布設(shè)控制點，具體孔位由專業(yè)技術(shù)人員按設(shè)計施工圖進行放樣，并用油漆或鋼筋等進行標識。

2、造孔：根據(jù)錨桿規(guī)格型號和施工長度，造孔采用YT-28手風鉆孔徑，桿徑Φ38mm，成孔孔徑Φ40mm，確保孔徑大于錨桿直徑最少15mm的要求；嚴格按設(shè)計文件及設(shè)計圖紙的鉆孔位置、孔向和孔深進行施工，保證孔位偏差小于100mm，孔深偏差不大于50mm。

2.1.3錨桿安裝與注漿

1、清洗錨桿孔：鉆孔完成后，將風管和水管插入孔底，用風、水聯(lián)合沖洗鉆孔，保證孔內(nèi)干凈無巖屑。

2、砂漿配合比：錨桿注漿的水泥砂漿配合比，應(yīng)在以下規(guī)定的范圍內(nèi)通過試驗選定并報監(jiān)理人批準，一般為水泥：砂，1：1～1：2（重量比）；水泥：水，1：0.38～1：0.45。砂漿用JJS型高速攪拌機拌制漿。

2.1.4錨桿的質(zhì)量檢查

每批錨桿材料均要有附有生產(chǎn)廠的質(zhì)量證明書，并按施工圖紙規(guī)定的材質(zhì)標準以及監(jiān)理工程師指示的抽檢數(shù)量檢驗錨桿性能。每批鉆好的錨桿孔按監(jiān)理工程師指示的抽驗范圍和數(shù)量，對錨桿孔的鉆孔規(guī)格（孔徑、深度和傾斜度）進行檢查并作好記錄。

2.2噴混凝土施工

錨噴混凝土主要是掛網(wǎng)噴射混凝土，部位為EL72.3m以上壩頭邊坡。噴射混凝土標號為C30，厚0.15m。掛網(wǎng)材料采用：鋼筋網(wǎng)采用φ6mm鋼筋制作，網(wǎng)格間距為0.3m×0.3m。

2.2.1噴射材料

1、水泥：選用符合國家標準的普通硅酸鹽水泥。當有防腐或特殊要求時，報經(jīng)監(jiān)理工程師審批后采用特種水泥，水泥強度等級不得低于32.5MPa。所有水泥應(yīng)有生產(chǎn)廠的質(zhì)量證明書。

2、骨料：細骨料應(yīng)采用堅硬耐久的粗、中砂，細度模數(shù)宜大于2.5，使用時的含水率宜控制在5%-7%以下；粗骨料應(yīng)采用耐久的人工軋制碎石，粒徑不應(yīng)大于15mm；噴射混凝土的骨料級配，應(yīng)滿足表1的規(guī)定。

表1

3、外加劑：速凝劑的質(zhì)量應(yīng)符合規(guī)范要求并有生產(chǎn)廠的質(zhì)量證明書，初凝時間不應(yīng)大于5min，終凝時間不應(yīng)大于10min。選用外加劑應(yīng)經(jīng)監(jiān)理工程批準。

4、鋼筋網(wǎng)：應(yīng)采用熱軋I級光面鋼筋網(wǎng)，鋼筋抗拉強度不低于240MPa。

2.2噴射混凝土配合比

噴射混凝土配合比，應(yīng)通過試驗選定。其抗壓強度、抗拉強度和與基巖面的粘結(jié)力應(yīng)符合施工圖紙要求，在保證噴層性能指標的前提下，盡量減少水泥和水的用量。速凝劑的品種和摻量應(yīng)通過現(xiàn)場試驗確定，噴射混凝土的初凝和終凝時間，應(yīng)滿足施工圖紙和現(xiàn)場噴射工藝的要求，噴射混凝土的強度應(yīng)符合施工圖紙要求。

2.3噴射混凝土施工工藝

掛網(wǎng)施工：支護區(qū)內(nèi)及監(jiān)理工程師指定的需掛鋼筋網(wǎng)的部位，在噴射第一層混凝土后掛鋼筋網(wǎng)。鋼筋網(wǎng)的間距及鋼筋直徑滿足設(shè)計圖紙要求，人工在腳手架上掛鋪，利用錨桿頭點焊固定，中間用膨脹螺栓加密固定，使鋼筋網(wǎng)緊貼已噴混凝土面，網(wǎng)間用鉛絲扎牢。鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)完成后，再行噴射第二層混凝土至設(shè)計要求厚度。邊坡噴射混凝土前先清除開挖面上的松動塊石、浮石及坡腳的石碴和堆積物。然后用高壓水沖洗受噴面，對遇水泥化地層采用高壓風清掃。并埋設(shè)噴射混凝土厚度控制標志，噴混凝土采用TK961混凝土噴射機。噴射順序：邊坡噴射作業(yè)分段分片進行，同一作業(yè)區(qū)由下向上依次噴射。一般按3～5cm厚一層分層施噴，每層噴混凝土在前一層噴混凝土終凝后30min左右進行，若終凝后1h以上再噴，則用高壓水沖洗前一層噴射混凝土面。對不平部位先噴凹處，最后找平。噴射作業(yè)參數(shù)通過室內(nèi)試驗和生產(chǎn)性試驗確定，在保證質(zhì)量的前提下，盡量減少回彈量，控制回彈率不大于15%。擬采用如下噴射參數(shù)：噴嘴口距離受噴面80～100cm，噴射料束與受噴面夾角不小于75?。

2.4噴混凝土的質(zhì)量檢查

噴射混凝土的強度試驗按規(guī)范要求采用現(xiàn)場取樣。每噴射混凝土50～100m?取樣一組?；炷练搅坎坏?0m?的獨立工程，取樣至少一組。當混凝土原材料或配合比發(fā)生變更時，須另取一組。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)不合格的部位，及時采取補救措施，直至合格為止。

結(jié)語

復(fù)雜地質(zhì)條件下開采煤礦時，由于煤層地質(zhì)環(huán)境比較復(fù)雜，可能遇到斷層、發(fā)育不良的巖石結(jié)構(gòu)等，在開采過程中很容易出現(xiàn)破碎和冒頂?shù)惹闆r，影響煤礦正常開采。因此在開采過程中，需采取有效的支護結(jié)構(gòu)，確保煤層頂板、圍巖的穩(wěn)定性和安全性。支護結(jié)構(gòu)作為煤礦開采過程中重要支撐結(jié)構(gòu)，在應(yīng)用過程中需結(jié)合巷道掘進環(huán)境采取合適的支護結(jié)構(gòu)。

參考文獻：

[1]姚晨.復(fù)雜地質(zhì)條件下采煤掘進支護技術(shù)淺析[J].中外交流，2018（22）：38-39.

[2]王偉.復(fù)雜地質(zhì)條件下采煤掘進支護技術(shù)探究[J].機械管理開發(fā)，2018（1）：169-170.

（作者單位：陜西陜煤銅川礦業(yè)公司下石節(jié)煤礦）