煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)設(shè)計(jì)分析研究

牛少青

摘 要：煤礦掘進(jìn)作業(yè)期間，巷道支護(hù)設(shè)計(jì)是否合理，直接影響到施工質(zhì)量和安全。由于客觀因素影響，可能導(dǎo)致掘進(jìn)巷道受到采動壓力和構(gòu)造應(yīng)力影響，增加巷道支護(hù)難度，出現(xiàn)不同程度的局部冒頂、變形事故，嚴(yán)重威脅到工作人員生命財(cái)產(chǎn)安全，阻礙后續(xù)相關(guān)工作順利開展。本文從煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)設(shè)計(jì)低到角度分析，選擇合理的支護(hù)參數(shù)和支護(hù)方式，針對其中的問題，提出合理有效措施，以便于提升煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)設(shè)計(jì)合理性。

關(guān)鍵詞：巷道支護(hù);煤礦掘進(jìn);頂板管理;局部冒頂

煤礦開采事業(yè)迅猛發(fā)展的同時(shí)，礦井作業(yè)深度逐漸增加，受到地質(zhì)條件、水文條件影響較大，可能導(dǎo)致煤礦掘進(jìn)巷道中出現(xiàn)頂板破碎和變形問題，增加局部冒頂幾率，影響到施工質(zhì)量。究其根本，是由于施工單位未能選擇合理的支護(hù)技術(shù)和方式，巷道頂板設(shè)計(jì)不符合要求，所選擇的頂板支護(hù)材料質(zhì)量不符合施工要求，一旦操作不當(dāng)將出現(xiàn)嚴(yán)重的安全事故。故此，應(yīng)該加強(qiáng)煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)設(shè)計(jì)和分析，選擇合理的支護(hù)參數(shù)和支護(hù)方式，針對其中存在的問題及時(shí)有效解決，為后續(xù)煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)提供可靠依據(jù)。

1 煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)相關(guān)參數(shù)分析

1.1 斷面形狀

煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)中，斷面形狀參數(shù)的選擇十分重要，由于不同區(qū)域地質(zhì)條件不同，煤礦巷道形態(tài)存在顯著差異，隨著施工巷道頂板壓力增加，可以發(fā)現(xiàn)相較于梯形和矩形巷道而言，拱形巷道承壓能力更強(qiáng)，但是由于巷道頂板容易破碎，后期維護(hù)難度較大，所以會對后續(xù)采掘作業(yè)活動順利展開帶來一定阻礙作用[1]。故此，充分結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況，巷道掘進(jìn)中選擇合理的支護(hù)方式和巷道形態(tài)，對作業(yè)活動全面監(jiān)控，逐步提升巷道掘進(jìn)效率，維護(hù)作業(yè)安全。

1.2 巷道支護(hù)參數(shù)

煤礦巷道掘進(jìn)中，支護(hù)參數(shù)選擇是否合理對于巷道支護(hù)效果影響較大，需要進(jìn)行充分的地質(zhì)勘察來選擇合理支護(hù)參數(shù)，提升巷道圍巖穩(wěn)定性，確保掘進(jìn)活動安全有序進(jìn)行。明確巷道掘進(jìn)目標(biāo)，整合與分析巷道支護(hù)參數(shù)基礎(chǔ)上選擇支護(hù)方法，促使巷道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際情況相契合，維護(hù)巷道支護(hù)安全，帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。

1.3 支護(hù)時(shí)間

支護(hù)時(shí)間選擇對于煤礦掘進(jìn)影響較大，作業(yè)期間受到不同應(yīng)力作用影響，巷道圍巖呈現(xiàn)塑性狀態(tài)，由于支護(hù)不合理加劇頂板破碎和變形問題，威脅到作業(yè)人員生命安全。在巷道掘進(jìn)作業(yè)活動結(jié)束后，如果應(yīng)力超過限定值，需要及時(shí)有效的對巷道安全維護(hù)。結(jié)合實(shí)際情況，選擇合理有效支護(hù)措施來降低壓力應(yīng)力對巷道的破壞，維護(hù)巷道作業(yè)安全。

2 煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)方式選擇

當(dāng)前煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)中，支護(hù)方式較為多樣，不同支護(hù)方式各有優(yōu)勢和不足，應(yīng)充分的進(jìn)行地質(zhì)勘察了解實(shí)際情況，選擇最佳的巷道支護(hù)方式。

2.1 棚式支護(hù)方式

棚式支護(hù)方式最初誕生于上個世紀(jì)90年代初，根據(jù)結(jié)構(gòu)材料性質(zhì)來選擇相應(yīng)的棚式支護(hù)方式，主要包括金屬支架結(jié)構(gòu)棚式支護(hù)、鋼筋混凝土鋼架機(jī)構(gòu)棚式支護(hù)和混凝土結(jié)構(gòu)棚式支護(hù)方式幾種。伴隨著煤礦生產(chǎn)技術(shù)水平不斷提升下，以往的混凝土結(jié)構(gòu)棚式支護(hù)方式已經(jīng)無法滿足實(shí)際需要，安全性不高，逐漸被淘汰。金屬支架結(jié)構(gòu)棚式支護(hù)的剛性和柔性良好，操作便捷，適應(yīng)性較強(qiáng)。但是，此種支護(hù)方式成本高，在一些地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域應(yīng)用效果較差[2]。

2.2 砌碹支護(hù)方式

砌碹支護(hù)方式較為常見，實(shí)際應(yīng)用效果可觀，具體可以包括澆混凝土支護(hù)、混凝土砌塊支護(hù)和鋼筋混凝土幾種支護(hù)方式。由于砌碹支護(hù)方式屬于被動支護(hù)范疇，工程量和施工強(qiáng)度較高，需要消耗大量成本，所以適用范圍較為狹窄，僅僅是在一些硐室和特殊巷道中應(yīng)用。

2.3 錨噴支護(hù)方式

錨噴支護(hù)方式作為煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)中常見支護(hù)方式，主要是借助錨索和錨桿進(jìn)入巖石內(nèi)部，有助于提升頂板結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，強(qiáng)化巷道圍巖承載能力，最大程度上規(guī)避圍巖變形現(xiàn)象出現(xiàn)。煤礦巷道掘進(jìn)期間，降低水流和和風(fēng)等客觀因素的不良影響，切實(shí)提升巷道圍巖強(qiáng)度，保證巷道支護(hù)效果。

2.4 注漿加固支護(hù)方式

在煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)期間，注漿加固方式的應(yīng)用較為廣泛，可以借助高壓注漿泵施工，超前注漿鉆孔注射凝固液，促使巷道圍巖強(qiáng)度和膠結(jié)力度有所提升，以便于實(shí)現(xiàn)圍巖應(yīng)力均衡分布。采用此種支護(hù)方式，可以大大提升圍巖承載力，獲得可觀的支護(hù)效果。

2.5 單體液壓支護(hù)結(jié)合鉸接頂梁支護(hù)技術(shù)

鉸接頂梁作為有重金屬材料，巷道支護(hù)中應(yīng)用可以規(guī)避變形問題出現(xiàn)，優(yōu)勢突出。通常在頂梁中間位置安裝柱子，嚴(yán)格把控各個支柱間距符合技術(shù)要求，促使支護(hù)支撐作用充分發(fā)揮。單體液壓支柱間距1m左右即可，由于單體液壓支柱獨(dú)立性較強(qiáng)，影響到整體支護(hù)效果，所以需要加強(qiáng)固定管理。這樣不僅可以提升圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗裂能力，還擁有良好發(fā)展優(yōu)勢。由于鋼筋材料成本低，可以低成本、高回報(bào)，呈現(xiàn)廣泛的應(yīng)用前景。

2.6 復(fù)合支護(hù)方式

復(fù)合支護(hù)方式在實(shí)際應(yīng)用中，相較于單一支護(hù)方式而言，可以結(jié)合實(shí)際情況將兩種或兩種以上支護(hù)方式整合在一起，充分發(fā)揮不同支護(hù)方式優(yōu)勢，提升圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。當(dāng)前煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)中所選擇的復(fù)合支護(hù)方式，以錨桿+錨索吊棚聯(lián)合支護(hù)方式為主，相較于單一支護(hù)形式而言支護(hù)效果更為可觀。但是，復(fù)合支護(hù)方式由于整合多種支護(hù)方式，勞動強(qiáng)度大，成本高，并且在具體支護(hù)中可能存在支護(hù)協(xié)調(diào)不暢問題，影響到支護(hù)效果。但是，在具體應(yīng)用中可能出現(xiàn)滲漏問題，影響到巷道掘進(jìn)作業(yè)活動順利展開。所以，應(yīng)該定期巡查審核，加強(qiáng)掘進(jìn)作業(yè)活動全面監(jiān)管，以便于及時(shí)解決問題予以處理。液壓柱對巷道支護(hù)效果影響較大，可以替換液壓柱，對巷道支護(hù)有效處理，提升巷道安全性。具體施工中，對于樓頂問題，促使單體液壓支柱和柱子相結(jié)合，及時(shí)處理滲漏問題，提升巷道整體支護(hù)效果。

3 煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)中的問題和解決對策

在煤礦巷道掘進(jìn)期間，應(yīng)該綜合分析支護(hù)參數(shù)，選擇合理的支護(hù)方式，對于巷道支護(hù)過程中出現(xiàn)的問題尋求有效措施，促使煤礦巷道掘進(jìn)活動高效進(jìn)行。就當(dāng)前煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)中的問題來看，主要是由于受到施工擾動壓力影響，巷道圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和表面膠結(jié)力度較差，在一定程度上增加圍巖破碎、變形幾率。圍巖變形和應(yīng)力會導(dǎo)致巷道圍巖破壞，單一支護(hù)方式無法滿足作業(yè)需要，需要結(jié)合實(shí)際情況選擇合理支護(hù)措施。

在這個過程中，需要嚴(yán)格控制巷道圍巖應(yīng)力分布，設(shè)計(jì)合理的掘進(jìn)巷道形狀，改善巷道圍巖應(yīng)力狀態(tài)，降低巷道圍巖變形幾率。掘進(jìn)巷道支護(hù)期間存在的問題，應(yīng)該綜合分析礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)，選擇合理的巷道支護(hù)方式，并適當(dāng)增加支護(hù)力度，有效約束和控制巷道表面應(yīng)力，在提升圍巖承載力同時(shí)，避免破碎帶朝著縱深方向發(fā)展，提升圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。與此同時(shí)，選擇復(fù)合支護(hù)方式，保證圍巖表面平滑，避免應(yīng)力集中影響到掘進(jìn)巷道支護(hù)效果。通過先進(jìn)技術(shù)和工藝應(yīng)用，巷道掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)不斷推陳出新，支護(hù)效果和適應(yīng)性進(jìn)一步提升，有助于掘進(jìn)支護(hù)活動靈活展開，促使煤礦巷道掘進(jìn)活動順利展開。

4 結(jié)論

綜上所述，伴隨著煤礦開采力度增加，煤礦巷道掘進(jìn)過程可能受到客觀因素影響，受到外界應(yīng)力作用，加劇圍巖破碎、變形，不僅影響到巷道掘進(jìn)效率，還會威脅到巷道生產(chǎn)安全。所以，應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況選擇合理的支護(hù)技術(shù)，提升煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]李宸.煤礦掘進(jìn)巷道錨桿支護(hù)方式的應(yīng)用與分析[J/OL].當(dāng)代化工研究，2019，23（03）：71-72.

[2]蔣傳田.煤炭采礦工程巷道掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用分析[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2018，34（06）：153-154.