掘進巷道支護問題分析及優(yōu)化措施

白曉敏

（山西煤炭進出口集團左云長春興煤業(yè)有限公司， 山西 大同 037100）

引言

我國目前掘進工作面采用的支護方式主要是錨桿、錨索、金屬網(wǎng)形成的聯(lián)合支護，然而在地質(zhì)條件復雜的掘進工作面，由于上覆巖層構造應力及采動的影響很容易在頂板支護方面存在較大的隱患，對礦井的快速掘進造成較大的阻礙。根據(jù)目前全國礦井發(fā)生的頂板事故統(tǒng)計可以發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)礦井的頂板事故主要是由于支護工藝無法滿足現(xiàn)場支護要求而發(fā)生頂板事故[1]。長春興煤礦303 回風順槽采用EBZ-200A 型綜掘機破煤，通過橋式轉載機、皮帶運輸機組成的綜合機械化掘進，主要采用錨桿（索）、金屬網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護。由于303 回風順槽掘進時留頂煤，且303 回風順槽掘進區(qū)域地質(zhì)條件復雜，造成巷道掘進過程中經(jīng)常出現(xiàn)支護失效現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在支護錨固失效、支護體破斷等，導致巷道頂板破碎、巷道變形等現(xiàn)象，制約著巷道安全高效掘進。為解決巷道支護問題，該礦技術人員必須從支護方面著手，通過理論分析、現(xiàn)場勘查并采取相應的技術措施來對頂板進行有效的支護。

1 掘進巷道支護主要存在的問題

1.1 支護技術不合理

1）支護材料在選材時沒有參考掘進工作面的實際地質(zhì)材料造成支出浪費嚴重。例如掘進工作面的煤層為侏羅紀煤層時，由于該煤層比較堅硬，對支護設備的要求強度較低，但如果掘進工作面的煤層為石炭二疊紀煤層，由于該煤層煤質(zhì)比較松軟且構造復雜，對支護設備的要求強度較高，因此煤礦企業(yè)在選擇支護材料時應與具體的地質(zhì)構造相結合。

2）設計人員在對掘進工作面支護方式進行設計時，沒有考慮采動影響、煤質(zhì)情況、頂板壓力、破碎斷層帶等因素，導致實際支護時支護效果達不到預計要求，對頂板的維護難度大[2-3]。

1.2 管理不到位

1）礦井管理人員未對頂板支護引起足夠的重視，當掘進工作面在推進時頂板發(fā)生破碎、下沉、片幫及空頂時未能及時采取有效的支護措施，從而導致工作面發(fā)生頂板事故。

2）施工人員在對頂板進行支護后，沒有按照管理制度規(guī)定對巷道的支護質(zhì)量及效果進行檢查，尤其是炮掘工作面，爆破影響會造成多排支護設備失效，例如工作人員未能及時發(fā)現(xiàn)將導致頂板冒落。

1.3 支護材料不合格

1）根據(jù)之前發(fā)生的頂板事故統(tǒng)計，支護材料不合格是造成頂板事故的原因之一，管理人員在引進設備時沒有與巷道的實際地質(zhì)構造結合，導致后期支護材料的直徑與長度都無法對頂板起到有效支護。

2）部分煤礦為了節(jié)約支護的費用，在進行選購設備時未按照設計要求選擇相適應的設備，部分企業(yè)甚至還選擇傳統(tǒng)的水泥背板及樹脂錨桿對頂板進行支護，由于這些支護設備的支護效果較差，當工作面遇到地質(zhì)構造復雜的情況時，無法對頂板起到有效的懸吊作用[4-5]。

1.4 支護設備落后

1）對于采用炮掘的掘進工作面鉆孔時主要采用風動錨索機，這就會造成鉆孔時由于人為判斷失誤而發(fā)生角度、深度與設計不符，從而導致支護效果差或支護后不合格的情況，此外在支護預緊時通常采用人體感覺，這也會導致支護的預緊力達不到設計要求。

2）對于機械化掘進工作面通常采用懸臂式掘進機對巷道頂板進行支護，而這種支護方式無法對巷道空頂處進行超前支護，且受現(xiàn)場地質(zhì)構造影響較大。

2 優(yōu)化改進措施

2.1 加強支護安全管理

1）通過培訓來強化管理人員的技術水準，并提高對頂板管理的認識，明確細化各科室、分管領導的責任，為每個掘進工作面配備相應的專業(yè)技術人才，建立健全相應的規(guī)章制度。

2）巷道在設計之初派專人對巷道的地質(zhì)構造及礦壓進行勘察，全方位了解煤層的煤質(zhì)、地質(zhì)構造、礦壓、采空區(qū)、頂?shù)装鍘r性等參數(shù)，為后期頂板的支護提供相應的技術資料。

3）通過采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)對頂板進行聯(lián)合支護，并對支護后的設備進行檢查，確保每根錨桿、錨索的預警力都能達到設計要求，同時對支護后頂?shù)装宓淖冃瘟窟M行觀察，避免支護設備失效時未及時發(fā)現(xiàn)而引起頂板事故。通過具體的培訓逐漸增強工作人員的頂板知識，增強員工的頂板意識。

2.2 選擇合理支護形式

1）可以采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)、噴漿聯(lián)合支護的方式對平整的頂板進行支護，通過聯(lián)合支護的方式能夠增強頂板的穩(wěn)定性，通過對頂板鉆孔噴漿來降低頂板的破碎程度。

2）將馬麗散與催化劑按照相同的比例混合后注入破碎頂板內(nèi)部，之后再施工撞楔超前支護，這樣能夠確保頂板在穩(wěn)定的前提下進行永久支護，大大提高了頂板圍巖的穩(wěn)定性。

3）為了能夠在過斷層期間確保破碎頂板的支護效果，在對頂板破碎區(qū)域進行永久支護后還需安裝工字鋼棚，以進一步降低圍巖變形，還可以通過縮短支護的間距、排距及選擇適宜直徑與長度的支護材料。

4）由于掘進機進行掘進時會存在5 m 范圍內(nèi)的空地，如果頂板破碎嚴重時會造成頂板大面積垮落，而懸臂式掘進機又無法對空頂進行超前支護，因此設計人員研制出一套絲杠式前探超前支護對頂板進行有效的臨時支護，大大提高了破碎頂板的穩(wěn)定性，如圖1 所示。

2.3 更新掘進支護設備

圖1 掘進巷道絲杠式前探超前支護平、剖面示意圖

為了滿足現(xiàn)代化礦井的掘進要求，必須適應時代發(fā)展逐漸更新掘進支護設備，并根據(jù)具體巷道的地質(zhì)構造來科學合理地選擇與之相適應的支護設備。目前國外已經(jīng)研制出智能監(jiān)測支護設備，該設備能夠全程跟蹤監(jiān)測支護施工各項工藝，及時監(jiān)測每個錨桿、錨索的錨固力，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示大屏，工作人員可以通過觀察來及時矯正支護設備，全面提高巷道的支護效果。

3 結語

長春興煤礦通過技術研究后，針對煤礦巷道掘進過程中支護主要存在的問題，提出了相應對策措施，通過在303 回風順槽后期掘進中的實際應用效果來看，采取措施后巷道在后期掘進中支護失效現(xiàn)象明顯降低，失效率降低至3%以下，保證了巷道安全快速掘進，取得了顯著應用成效。