煤礦巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)探討

陳昊

【摘? 要】近年來(lái)，中國(guó)的煤炭工業(yè)發(fā)展迅速。但煤礦生產(chǎn)過(guò)程中的頂板事故頻繁仍然是整個(gè)行業(yè)發(fā)展中較為突出的問(wèn)題。因此，必須加強(qiáng)對(duì)煤礦頂板支護(hù)技術(shù)的開(kāi)發(fā)和優(yōu)化。只有不斷地分析探索總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)提升掘進(jìn)施工技術(shù)，加強(qiáng)頂板支護(hù)管理才能有效防止頂板事故的發(fā)生。論文對(duì)地下煤礦巷道頂板支護(hù)形式進(jìn)行詳細(xì)的分析，闡述了可能會(huì)造成頂層支護(hù)問(wèn)題的不利因素及技術(shù)難點(diǎn)，并提出了有待改進(jìn)的巷道頂板技術(shù)管理措施。

【Abstract】In recent years， China's coal industry has developed rapidly. But the frequent roof accidents in the process of coal mine production is still a more prominent problem in the development of the whole industry. Therefore， it is necessary to strengthen the development and optimization of coal mine roof support technology. Only by continuously analyzing， exploring and summing up experience， improving tunneling construction technology and strengthening roof support management can the occurrence of roof accidents be effectively prevented. This paper makes a detailed analysis of the roof support forms of underground coal mine roadway， expounds the disadvantageous factors and technical difficulties that may cause the problem of roof support， and puts forward the technical management measures of roadway roof that need to be improved.

【關(guān)鍵詞】煤礦;巷道掘進(jìn);頂板支護(hù)

【Keywords】coal mine; roadway excavation; roof support

【中圖分類號(hào)】TD263? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2021）08-0191-02

1 井下掘進(jìn)工作面基本頂板支護(hù)技術(shù)

錨桿支護(hù)技術(shù)在我國(guó)使用最廣泛，在改善煤礦巷道布局和增加煤礦產(chǎn)量方面具有明顯的作用和功能。分為塑料錨桿和金屬錨桿，其中木錨桿由于支護(hù)強(qiáng)度相對(duì)較低目前已基本不再使用。成套金屬錨桿由螺栓主體，托盤，錨固劑，鋼帶和網(wǎng)狀螺組成。對(duì)巖石施加的作用力能提升巷道周邊巖體的整體強(qiáng)度，對(duì)抗因采礦中影響對(duì)巷道產(chǎn)生的拉力，避免周圍的巖石出現(xiàn)裂縫，或影響整體的穩(wěn)定性。對(duì)抵抗巷道應(yīng)力變化和防止變形發(fā)揮了積極的作用。如下圖1為錨桿支護(hù)的煤礦巷道示意圖。

錨桿的作用原理來(lái)自組合拱原理，該原理認(rèn)為，當(dāng)將預(yù)應(yīng)力錨桿插入拱形道路圍巖的斷裂區(qū)域時(shí)，當(dāng)錨固時(shí)會(huì)出現(xiàn)壓力應(yīng)力的圓錐形分布。施工在巷道周圍的錨桿空間足夠小，那么每個(gè)桿體間的壓應(yīng)力將互鎖，從而使道路周圍的巖層形成一個(gè)連續(xù)的結(jié)合區(qū)（弧）。正如拱頂主體起到加強(qiáng)支撐外部壓力的巖層的作用一樣，該連接拱可以承受上部巖石的徑向載荷。錨桿支護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是利用錨桿和圍巖共同作用，形成一條完整，穩(wěn)定的巖帶，并通過(guò)圍巖內(nèi)部的錨桿改變圍巖的機(jī)械狀態(tài)，保持巷道的穩(wěn)定性。錨桿不僅具有良好的支撐效果，而且還節(jié)省了材料，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合機(jī)械化作業(yè)，施工快捷。但是，錨桿不能覆蓋圍巖以防止圍巖的侵蝕。錨桿之間的裂紋不能防止巖石剝落。

錨索支護(hù)方式是一種使用錨索、金屬網(wǎng)和鋼帶進(jìn)行拼接支撐的支撐方法，該支護(hù)方式通常與錨桿技術(shù)配合使用，是煤礦井下掘進(jìn)支護(hù)巷道中使用比較多，并且施工技術(shù)也越來(lái)越成熟。施工完成后被混凝土覆蓋后完全隱蔽，造形安全美觀，因此，如果要推廣和實(shí)施這種支撐技術(shù)，應(yīng)注意并做好以下工作：一是做好地質(zhì)報(bào)告工作。二是做重點(diǎn)分析巷道板的性質(zhì)，依照巖體的穩(wěn)定性和巖石的破碎程度，合理計(jì)算參數(shù)。當(dāng)圍巖比較堅(jiān)固時(shí)，可以每間隔兩排錨桿補(bǔ)打一排（兩根）錨索。如果巷道圍巖巖性差不穩(wěn)定，可以間隔一排錨桿用2-1-2方法補(bǔ)打錨索，保證支護(hù)對(duì)頂板有足夠的抓力。三是做好現(xiàn)場(chǎng)的指導(dǎo)和監(jiān)督。四是抓好質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化。五是做好礦山壓力監(jiān)測(cè)工作。工作面采動(dòng)因素對(duì)掘進(jìn)巷道的支護(hù)形式會(huì)產(chǎn)生重要影響，要根據(jù)一次二次采動(dòng)情況，合理的對(duì)圍巖進(jìn)行必要的加固措施聯(lián)合支護(hù)，像采煤工作推進(jìn)幾十米后的第一次大規(guī)模的巖石城落時(shí)，必須對(duì)臨近掘進(jìn)工作面進(jìn)行加固處理，防止巨大的應(yīng)力波動(dòng)造成掘進(jìn)工作面的巷道變形影響施工。六是在特定區(qū)域合理使用支護(hù)形式。它的優(yōu)點(diǎn)是可以承受更大的壓力。巷道起到非常好的支護(hù)效果。施工前要對(duì)巷道的地質(zhì)構(gòu)造充分了解，重點(diǎn)分析巖石性質(zhì)及承重能力。這樣才有效發(fā)揮其作用，利用深層次的支護(hù)體系緊固圍巖形成一個(gè)整體，從而提高支撐效果的完整性，并可以最大程度的增加巖體的承載能力;連續(xù)表面之間的抗剪強(qiáng)度提高了圍巖的整體效果。根據(jù)巷道堅(jiān)硬程度，分為兩幫穩(wěn)定和楔形破壞情況，建立頂板支護(hù)力學(xué)模型如圖2所示。

2 影響煤礦頂板支護(hù)穩(wěn)定性因素

2.1 圍巖狀況是影響煤礦巷道穩(wěn)定性的重要因素，也會(huì)給巷道的支護(hù)帶來(lái)一定的困難

在開(kāi)挖巷道的過(guò)程中，圍巖是非常重要的影響因素。盡管圍巖可以在一定程度上起到輔助作用，但是它可能在巷道掘進(jìn)施工過(guò)程中引起圍巖應(yīng)力變化，從而導(dǎo)致巷道總體位置發(fā)生偏差變形。如果裂隙水源，則會(huì)加速圍巖軟化，嚴(yán)重影響巷道的受力平衡。地質(zhì)結(jié)構(gòu)也是煤礦巷道施工中要考慮的因素。如煤礦巖石的硬度，節(jié)理和床層的發(fā)育，頂板穩(wěn)定性等。 分析危險(xiǎn)因素，讓井下掘進(jìn)工作面可以在保證安全的前提下進(jìn)行作業(yè)。當(dāng)掘進(jìn)面的圍巖非常穩(wěn)定時(shí)，經(jīng)過(guò)技術(shù)管理人員現(xiàn)場(chǎng)分析，在滿足安全條件的前提下可以簡(jiǎn)化支護(hù)形式，對(duì)于地質(zhì)復(fù)雜的斷面，必須仔細(xì)分析每個(gè)影響因素，以避免不利的施工影響。

2.2 掘進(jìn)施工工藝

在一般情況下，煤礦巷道的施工將采取同時(shí)掘進(jìn)和支護(hù)的形式。當(dāng)前，鉆爆法主要用于煤礦的掘進(jìn)中，在一些難以掘進(jìn)的地方使用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行爆破。爆炸性沖擊波和振動(dòng)將不利地影響巷道的穩(wěn)定性，并且還將引起巷道的應(yīng)力狀態(tài)的改變。 如果不采用有效的輔助技術(shù)，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行施工，就會(huì)發(fā)生應(yīng)力失衡引起落矸的情況，嚴(yán)重?fù)p害巷道安全施工。

3 提高煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的措施

3.1 優(yōu)化施工方案

①在支護(hù)巷道頂板時(shí)，應(yīng)根據(jù)巷道周圍巖石的地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，采用適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)方法。特別是必須詳細(xì)做好重要掘進(jìn)工作面的安全保護(hù)工作，必須通過(guò)先進(jìn)的安全控制技術(shù)確保整個(gè)工作面的安全。

②設(shè)計(jì)和施工工藝必須完善。在工作面掘進(jìn)過(guò)程中，為避免支護(hù)工作設(shè)計(jì)施工時(shí)出問(wèn)題，制定相應(yīng)的技術(shù)措施，詳細(xì)說(shuō)明工作面的支護(hù)形式、數(shù)量和方法，及時(shí)開(kāi)展技術(shù)交底工作，鼓勵(lì)井下施工人員自查互查，保證支護(hù)措施有足夠的支撐能力，確保巷道安全。

3.2 應(yīng)加強(qiáng)安全管理

在煤礦井下巷道掘進(jìn)過(guò)程中，巷道支護(hù)受各種外部條件影響，容易產(chǎn)生塌方問(wèn)題。需要采取嚴(yán)格的管理措施，以加強(qiáng)對(duì)技術(shù)安全的監(jiān)督管理。一是必須建立和發(fā)展一種安全控制和管理機(jī)制，為支護(hù)過(guò)程的安全性和效率提供制度性保證。質(zhì)量控制和檢查機(jī)制是必不可少的重要組成部分。井下人員在工作中必須嚴(yán)格遵守各種制度，以確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)進(jìn)行處理，確保井下安全的施工環(huán)境。二根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，綜合考慮，科學(xué)使用安全可行的支護(hù)形式，優(yōu)化支護(hù)效果。三是嚴(yán)格對(duì)施工技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn)。專業(yè)的操作能力和對(duì)施工人員素質(zhì)的全面了解會(huì)對(duì)施工質(zhì)量有良好的促進(jìn)作用。要建立一支高技術(shù)施工管理隊(duì)伍，增強(qiáng)相關(guān)人員的安全自我保護(hù)意識(shí)，加快支護(hù)效率和可行性。

3.3 預(yù)留煤柱技術(shù)

它是一種非常重要的傳統(tǒng)支護(hù)形式。它的成本通常較高。在上區(qū)段回風(fēng)巷留出一定寬度的碳柱，以確保回風(fēng)巷道的頂部區(qū)域有足夠的壓力支撐。單獨(dú)的碳柱的支撐技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，這對(duì)通風(fēng)和排水很有用。不利的一面是支撐技術(shù)相對(duì)昂貴，煤柱造成的過(guò)多損失增加了道路維護(hù)的難度。壓力傳到巷道底部，會(huì)直接影響鄰巷道的巖性穩(wěn)定，并對(duì)相鄰煤層的開(kāi)采安全構(gòu)成一定的威脅?？赡軙?huì)在圍巖臂中造成安全隱患。為了保證施工安全快速進(jìn)行，要采取措施減少煤層沖擊地壓的影響。通過(guò)科學(xué)計(jì)算留有一定尺寸的煤柱，并加強(qiáng)對(duì)煤柱巷道的日常壓力監(jiān)測(cè)和管理。

3.4 改進(jìn)支護(hù)技術(shù)

確保對(duì)頂板有足夠支撐的承載能力。掘進(jìn)巷道時(shí)必須及時(shí)進(jìn)行支撐，該過(guò)程需要改進(jìn)適用的支撐結(jié)構(gòu)，確定支護(hù)材料的完整可行性。

3.5 引入新的技術(shù)和工藝

選擇科學(xué)先進(jìn)的掘進(jìn)巷道方法和技術(shù)，綜合評(píng)估各種因素，使用新技術(shù)和施工方法，不斷提高機(jī)械化自動(dòng)化操作能力，減輕井下施工人員的施工強(qiáng)度，提高工作效率。

4 結(jié)語(yǔ)

煤礦井下巷道支護(hù)是保障整個(gè)礦山生產(chǎn)系統(tǒng)中最重要的組成部分之一。施工中，要根據(jù)掘進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)的圍巖穩(wěn)定情況選擇合適的支護(hù)類型。當(dāng)前，我國(guó)最常用的支護(hù)技術(shù)主要是剛性，可伸縮和預(yù)制支撐。為了保護(hù)煤礦正常生產(chǎn)為井下作業(yè)人員創(chuàng)造良好的工作環(huán)境，需要對(duì)巷道支護(hù)技術(shù)進(jìn)行大量研究和討論以改善煤礦的發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

【1】薛永軍.煤礦巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)分析[J].西部探礦工程，2020，32（04）：161-162+165.