淺談煤礦掘進巷道的頂板支護技術(shù)

劉名揚 劉猛

摘?要：伴隨中國經(jīng)濟以及科技的不斷進步和發(fā)展，地下煤礦業(yè)也得到了蓬勃發(fā)展，地下隧道掘進技術(shù)屬于是和煤礦安全生產(chǎn)以及經(jīng)濟效益相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，這一技術(shù)也得到了很大關(guān)注。地下隧道的掘進技術(shù)相當復雜，技術(shù)人員必須使用適當和科學的建設(shè)技術(shù)及建設(shè)設(shè)備，同時依照地面的具體情況調(diào)整進度，并組織最適當?shù)木蜻M進度。更有必要進一步的研究其管控技術(shù)，并根據(jù)對地下掘進隧道的支持形式研究具體案例，這將對整體煤炭工業(yè)的發(fā)展起到有重要影響。

關(guān)鍵詞：煤礦井下巷道;掘進頂板;支護技術(shù)

引言

在地下煤礦隧道的運營中，若沒有頂板支護，隧道周圍的巖石就會發(fā)生一些問題，這將會帶來不必要的質(zhì)量及安全問題，嚴重的影響到地下煤礦隧道的掘進速度。所以，專業(yè)人員應采用優(yōu)質(zhì)的頂板支護技術(shù)，使用有效的支護材料，有效地準備小型機械設(shè)備，科學的組織建設(shè)人員，以提高煤礦巷道開挖的頂板支護技術(shù)的運用水平。

1煤層巷道施工特點

在過去的15年中，采礦業(yè)和支持系統(tǒng)出現(xiàn)了重大變化。吊頂被當作主要的支撐系統(tǒng)。多年來，中國煤礦的關(guān)鍵支撐系統(tǒng)一直是鋼結(jié)構(gòu)或拱形支撐。但是，自1990年代初期引入搖臂系統(tǒng)后，搖臂系統(tǒng)就已成為煤礦的關(guān)鍵支撐系統(tǒng)，并且降低了煤礦事故。最初就是通過實施實踐準則，對系統(tǒng)進行監(jiān)視，之后引入簡單且易于使用的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來創(chuàng)建的。這一系統(tǒng)已被證實為十分成功的，并且已被引進至方鋼機組支持的煤礦中。當前，工作組正在研究由鋼拱支撐的大型道路支架，以設(shè)計這類的網(wǎng)格系統(tǒng)。（1）在煤層或巖層掘進過程中，必須通過煤層巷道掘進隧道。在這一階段中，就很可能被瓦斯爆炸所威脅。因此，在隧道掘進階段中，就有必要通過預防手段預防瓦斯爆炸，并進行先進的水勘探，以消除積水的風險。（2）掘進機通常用于開挖道路。因為巖石及煤層的強度，為保證道路頂板的穩(wěn)定程度并消除擋塊動壓的影響，就必須對頂板展開支撐。選擇支撐技術(shù)時，就必須考量地面壓力和支撐設(shè)備的具體壽命。（3）因為煤層的褶皺和起伏以及破裂的存在，在掘進之前，就必須依照礦井的生產(chǎn)要求精準的確定巷道的方向和掘進速度。

2巷道掘進與支護影響因素分析

2.1施工工藝

在煤礦隧道的開挖階段中，傳統(tǒng)的隧道開挖施工主要是基于鉆爆法，并利用錨桿和噴射混凝土支護技術(shù)來進行隧道支護。這一傳統(tǒng)的建設(shè)技術(shù)不光開挖速度較慢，而且平均施工質(zhì)量也很低。另外，當在巷道開挖施工中使用鉆爆方法時，就將容易發(fā)生對載荷和爆破孔的位置的控制不充分，從而出現(xiàn)錨固，網(wǎng)眼和混凝土支撐不良或效率低下的情況。并且，在操作過程中的一些密集道路上，原始電壓的分布還會被破壞，兩個面就會彼此影響，從而增加了頂板支撐的難度。

2.2地質(zhì)構(gòu)造

伴隨礦井深度的不斷增加，礦井的地質(zhì)結(jié)構(gòu)變得越來越復雜，在地下礦井的掘進和施工過程中，巷道頂板受許多因素的影響，例如煤礦層理、節(jié)理發(fā)育、褶曲構(gòu)造、煤巖硬度和支撐作業(yè)的地面穩(wěn)定性。如果遇到地質(zhì)條件相對較好的位置，則可以迅速進行挖掘，當遇到復雜的地質(zhì)構(gòu)造，例如褶皺斷層時，煤和巖層的厚度往往會出現(xiàn)明顯的波動，穩(wěn)定程度也相對較低，頂板冒頂和倒塌極易出現(xiàn)，并可能對煤礦巷道的掘進速度和施工質(zhì)量產(chǎn)生嚴重影響。

3煤礦井下巷道掘進頂板支護技術(shù)

3.1煤礦巷道掘進施工技術(shù)

對于煤礦巷道的開挖施工，有必要按照煤礦巖層的地質(zhì)構(gòu)造特征選擇合適的施工工藝，個別煤礦的地質(zhì)相對較軟，因此，在掏槽技術(shù)上主要應用單相掏槽方式。如果在進行施工過程中遇到帶有爆破孔的相對較深的巖石，則可以使用復合掏槽方法以所需的方式進行操作，當遇到軟煤中間層時，每個建筑工人在放置切口時都需要控制傾斜角度，在60°到90°的范圍內(nèi)，根據(jù)礦井道路的具體情況，可以省略輔助眼。同時，主要利用掘進機進行隧道施工，形成了將隧道挖掘機與選煤機械設(shè)備相結(jié)合的一體化隧道施工過程，大大提升了煤礦隧道的掘進速度和施工質(zhì)量。當前，已經(jīng)引進了一種連續(xù)剪切機，以在礦山的掘進過程中實現(xiàn)采礦，裝載和運輸?shù)囊惑w化，這不的對能夠提升礦山巷道的掘進速度，而且能夠在極大程度上降低建設(shè)成本。

3.2錨桿支護

當前用于煤礦道路的頂板支撐操作中最常見的是錨桿支護，錨桿支護方法可確保整個巷道的安全，錨桿是用于穩(wěn)定巖石??開挖的長錨栓，可用于切割隧道和巖石。能夠?qū)⑤d荷從不穩(wěn)定的外部傳遞到基巖的內(nèi)部（更堅固），巖石螺栓于1890年首次用于采礦，該系統(tǒng)于1920年在美國的圣約瑟夫鉛礦記錄。自1940年后期以來，Rockbolt已用于支撐美國和澳大利亞的公路隧道，澳大利亞工程師于1947年開始使用和開發(fā)鎖緊螺栓。在雪山項目的實施過程中，這些工程師開始試驗4m長的膨脹螺栓。錨桿與錨索支護的原理不存在較大差異，錨桿支撐技術(shù)主要是為了防止破碎的巖石掉落并有效控制周圍淺層巖石的膨脹和分離。但是，隨著時間的流逝，由于采礦的影響，隨著巷道周圍巖石的破壞面積增加，有必要使用螺栓撞擊深處的穩(wěn)定地層并將受損的地層與穩(wěn)定的地層連接以避免受損的巖層倒塌情況出現(xiàn)，錨索支護可以將主要由螺栓形成的輔助軸承層連接到圍巖的主軸承層，從而提升了輔助軸承層的穩(wěn)定程度，錨桿和錨索的組合支護可以在最大程度上提升圍巖整體的穩(wěn)定性。

3.3礦用支護型鋼

通常，有U型鋼和I型鋼兩種，主要用于開采支護鋼，在煤礦的巷道上，由于支護采礦的鋼的特殊形狀，其機械和機械性能優(yōu)于其他類型的鋼，并且通常用于巷道上的橢圓形、半圓形或圓形位置。所以，選擇巷道礦用型鋼時，應該選擇一些抗壓性較好的類型。此外，在實際應用巷道的過程中巷道會在兩個方向上發(fā)生很大的位移，這是由于礦層地質(zhì)構(gòu)造與掘進切面兩方面產(chǎn)生了變化而造成的。因此，這需要支架本身就具備較好的承載力。

3.4可縮性支架

可縮性支架按照承載負荷能力分類，主要有極限承載負荷能力以及實際承載負荷能力兩類?？煽s性支架在進行支護作業(yè)過程所呈現(xiàn)的收縮過程就是其具體承載能力的表現(xiàn)，在施工過程中煤礦巷道的實際負荷承載能力對連接件和可縮性支架的影響較大?？煽s性支架通常在巷道剛性過程中，表現(xiàn)出最大負荷承載能力即為極限負荷承載能力，而極限承載能力會直接影響巷道的塑性變形。正常情況下，可縮性支架的實際承載能力應該小于極限承載能力，當可縮性支架的極限承載能力與實際承載能力之間的差值最小時，則表明可縮性之間已達到最佳狀態(tài)。

結(jié)束語

綜上所述，煤礦巷道的掘進技術(shù)種類繁多，且掘進工程的施工要通過對這些技術(shù)進行綜合使用才能實現(xiàn)，整個過程環(huán)環(huán)相扣，因此，必須要保證每一個施工環(huán)節(jié)的順暢和連續(xù)，才能保證采掘過程的質(zhì)量和效率。在施工過程中尤其要保證工作人員的施工安全，繼而在安全的工作環(huán)境中要求工作效率的提升，提高整個煤礦采掘的經(jīng)濟效益。

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