煤礦采掘中的高強(qiáng)支護(hù)方案分析

馬曉輝

（山東能源兗礦能源兗煤菏澤能化有限公司趙樓煤礦，山東 菏澤 274705）

巷道支護(hù)是巷道持續(xù)有效使用的前提，確保支護(hù)的有效性對于確保整個礦井生產(chǎn)安全至關(guān)重要。特別是對于一些新建礦井而言，初期巷道支護(hù)方案的設(shè)計往往難以貼合巷道圍巖控制實(shí)際需求，導(dǎo)致巷道使用過程中出現(xiàn)圍巖變形，影響巷道的正常使用。鑒于此，相關(guān)人員應(yīng)充分結(jié)合礦井生產(chǎn)實(shí)際，對原有支護(hù)方式進(jìn)行優(yōu)化改良，探究總結(jié)應(yīng)用效果良好的采掘高強(qiáng)度支護(hù)方案。

1 高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)原理

固定技術(shù)是指通過專門的設(shè)備或工具保護(hù)建筑工地。高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)是在傳統(tǒng)支護(hù)技術(shù)基礎(chǔ)上的一次升級改造，其實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、安全性相對較高。因此，在煤礦采煤掘進(jìn)工作中得到廣泛應(yīng)用。作為一種較為先進(jìn)的技術(shù)，高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)沒有再采用傳統(tǒng)的支護(hù)原理，而是通過與實(shí)際情況的結(jié)合進(jìn)行了相關(guān)設(shè)計與改進(jìn)。通常情況下，需要對支撐直徑的承載力、固定承載力進(jìn)行充分考慮。要求防雷螺栓設(shè)計必須與相關(guān)規(guī)定要求相符，同時，按照煤礦開采的深度等條件確定最終的設(shè)計高度。一般在負(fù)荷較低或一些地質(zhì)問題不突出的煤礦使用普通的螺栓，實(shí)際開采中，還需要結(jié)合實(shí)際的支護(hù)技術(shù)，從而提高巷道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，充分發(fā)揮支護(hù)技術(shù)優(yōu)勢，達(dá)到預(yù)期支護(hù)效果。高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)往往用于內(nèi)部礦井通道的上部支架，這種情況下，即便是通道上部變形也不會對支護(hù)的穩(wěn)定性造成不利影響。同時，還要合理使用輸送機(jī)，確保可以減小通道頂部的集中壓力。在煤礦采煤掘進(jìn)工作中合理應(yīng)用高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)，可以保證地表穩(wěn)定，還可避免爆破過程中巷道出現(xiàn)變形等問題，能夠進(jìn)一步提升巷道的安全性[1]。

2 高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

在目前的煤礦采掘施工過程中，高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的有效應(yīng)用能夠取得較為明顯的效果。但是相對而言，高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展時間較短，未能廣泛普及應(yīng)用到高應(yīng)力巷道與沿空巷道支護(hù)當(dāng)中。在高應(yīng)力巷道實(shí)際開采過程中，許多影響因素會導(dǎo)致巷道頂部產(chǎn)生較大形變，以及產(chǎn)生收縮形變問題，對井下采煤作業(yè)的順利進(jìn)行產(chǎn)生較大影響。同時，高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用在監(jiān)測機(jī)制構(gòu)建、落實(shí)方面存在諸多不足，不但無法實(shí)現(xiàn)對安全施工的有效預(yù)警，而且應(yīng)用不當(dāng)還會給采煤作業(yè)帶來不良影響，甚至導(dǎo)致較大的經(jīng)濟(jì)損失。在進(jìn)行沿空采掘施工過程中若是缺乏對高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的有效應(yīng)用，就無法對巷道進(jìn)行有效加固，從而導(dǎo)致巷道產(chǎn)生嚴(yán)重變形。再者，在回采作業(yè)當(dāng)中如果巷道加固效果不佳，巷道出現(xiàn)嚴(yán)重變形導(dǎo)致斷裂面收縮增長，也會對采煤效率造成較大影響，甚至?xí)l(fā)安全施工問題，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失乃至人員傷亡。這就要求采煤單位在實(shí)際應(yīng)用過程中必須對監(jiān)測機(jī)制的構(gòu)建與落實(shí)予以高度重視，在落實(shí)有效支護(hù)措施的同時，構(gòu)建起高強(qiáng)支護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)，并充分發(fā)揮其監(jiān)測作用，保障采煤安全，提高采煤經(jīng)濟(jì)效益[2]。

3 采煤掘進(jìn)中常用高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用分析

3.1 噴射混凝土支護(hù)技術(shù)

在煤礦采煤掘進(jìn)的過程中，對采煤掘進(jìn)工作面進(jìn)行安全性的保護(hù)是高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的關(guān)鍵作用。在高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)中，噴射混凝土支護(hù)同樣是一種較為常見和常用的技術(shù)，通過不斷研究以及實(shí)踐證明，噴射混凝土支護(hù)無論是對煤礦巖層還是巷道，都發(fā)揮著較強(qiáng)的支護(hù)作用。噴射混凝土支護(hù)的噴射對象主要是干式混凝土以及水泥包裹砂漿，以此實(shí)現(xiàn)良好的支護(hù)效果。噴射混凝土支護(hù)的主要原理是，通過壓縮空氣，在煤礦巖層以及巷道表面進(jìn)行混合物的噴射，進(jìn)而有效加固煤礦巖層以及巷道，使煤礦巖層以及煤礦巷道得到穩(wěn)定性的提高，最終使采煤掘進(jìn)工作得到安全保證。在噴射混凝土支護(hù)技術(shù)正式使用之前，需要仔細(xì)勘察采煤掘進(jìn)工作面的具體狀況，并根據(jù)勘測結(jié)果，進(jìn)行計算和分析，保證參數(shù)的合理性，才能使噴射混凝土支護(hù)技術(shù)作用得到充分發(fā)揮，使煤礦采煤掘進(jìn)工作實(shí)現(xiàn)較高的安全性。

3.2 預(yù)留煤柱支護(hù)技術(shù)

預(yù)留煤柱支護(hù)是較為傳統(tǒng)的高強(qiáng)支護(hù)形式，尤其適用于對煤礦巷道上、下區(qū)段的支護(hù)。預(yù)留煤柱支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用在操作方面較為簡單便捷，也能取得較好的應(yīng)用效果。尤其是一些礦井的通風(fēng)條件與排水效果較差的巷道掘進(jìn)會對采煤工作造成較大影響，采用預(yù)留煤柱支護(hù)技術(shù)能夠有效緩解、解決這些問題。但是預(yù)留煤柱支護(hù)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中也存在應(yīng)用成本較高、巷道后期維修難度大等不足。所以，在具體應(yīng)用過程中應(yīng)結(jié)合礦井巷道實(shí)際情況分析對預(yù)留煤柱支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行合理選擇[3]。

3.3 光爆錨噴網(wǎng)技術(shù)

在煤礦采煤掘進(jìn)工作開展中，光爆錨噴網(wǎng)技術(shù)屬于一種具有廣泛應(yīng)用范圍的高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)，其主要原理在于以錨桿作為加固拱，能夠有效加固煤礦巖層，進(jìn)而加大巖層的穩(wěn)定性，同時可以使圍巖得到抗剪力的增加，有效增加巷道支護(hù)的整體強(qiáng)度。在巷道最深的圍巖處，有效設(shè)置加固拱結(jié)構(gòu)，能夠使圍巖在一定程度上提高穩(wěn)定性，進(jìn)而防止圍巖上方出現(xiàn)巖層變形以及松動等情況，為采煤掘進(jìn)工作過程中的安全建立牢固基礎(chǔ)。在采煤掘進(jìn)過程中針對光爆錨噴網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，對于可能發(fā)生散落情況的巖層而言，可以利用錨桿強(qiáng)大的懸吊功能，通過具有較好穩(wěn)定性的圍巖結(jié)構(gòu)來固定這些巖石，然后利用錨桿的支撐功能，有效支撐圍巖結(jié)構(gòu)，進(jìn)而使圍巖荷載得到降低，確保巷道具備一定的穩(wěn)定性。此外，在光爆錨噴網(wǎng)技術(shù)的有效使用中，錨桿還具備了較強(qiáng)的補(bǔ)強(qiáng)作用，通過對煤礦巷道周圍進(jìn)行錨桿的設(shè)置，便能夠使巷道結(jié)構(gòu)得到完整性的保護(hù)，使巷道周圍的圍巖穩(wěn)定性大大地提高，其原理在于錨桿能夠承擔(dān)起圍巖的一部分荷載，進(jìn)而大大降低圍巖所承受的荷載[4]。

3.4 I 型或U 型支持技術(shù)

如果煤礦道路巖石層的穩(wěn)定性差，道路上的峰值壓力高，道路出現(xiàn)變形，且變形嚴(yán)重，則可以選擇使用I 形或者U 形。無論是I 形支架還是U 形支架都可以使道路的穩(wěn)定性最大化，從而為高效的采礦作業(yè)奠定安全的基礎(chǔ)。另外，I 形支架和U 形支架都具有易于維護(hù)的特征，例如發(fā)現(xiàn)支架問題，從而無法進(jìn)行適當(dāng)?shù)木S護(hù)工作時，且隧道支撐的效果受到了影響，則可以及時有效地對其進(jìn)行維護(hù)[5]。

3.5 錨桿支護(hù)技術(shù)

當(dāng)前，錨桿支護(hù)技術(shù)是在進(jìn)行煤礦巷道建設(shè)活動時使用頻率最高、運(yùn)用范圍最廣的支護(hù)方式。使用該技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)煤礦資源的開采速度與質(zhì)量的有效提升。在巷道的建設(shè)過程中，不可避免地會存在部分區(qū)域的形狀變化以及產(chǎn)生裂縫等問題，如若不能對此類問題進(jìn)行及時治理，已存在的問題將會進(jìn)一步惡化，導(dǎo)致影響到煤礦巷道決定施工的整體作業(yè)水平。在進(jìn)行支護(hù)作業(yè)的實(shí)踐工作中，工作人員需要確保圍巖周圍所實(shí)施的壓力保持在同一水平線上，進(jìn)而防止其出現(xiàn)形狀被改變或產(chǎn)生裂隙的現(xiàn)象。在實(shí)際運(yùn)用過程中，可以使用運(yùn)力更大的高強(qiáng)度錨桿，以輔助巷道建設(shè)的支護(hù)工作展開，進(jìn)而更好地降低圍巖產(chǎn)生裂隙與發(fā)生形變的概率。提高錨桿的預(yù)應(yīng)力也在一定程度上影響到整個支護(hù)工作的運(yùn)用成效。為達(dá)到理想的預(yù)期水平，各項(xiàng)輔助性工程的質(zhì)量也需要得到相應(yīng)的提升，選擇質(zhì)量更優(yōu)的托板與金屬網(wǎng)等支護(hù)設(shè)備，與錨桿的預(yù)應(yīng)力的擴(kuò)充相協(xié)調(diào)[6]。

3.6 聯(lián)合高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)

相比其他支護(hù)技術(shù)，聯(lián)合高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的特點(diǎn)在于主動性、綜合性強(qiáng)，可以與其他技術(shù)進(jìn)行充分結(jié)合，顯著提升支護(hù)效果。

3.6.1 主動性

在還未出現(xiàn)變形、塌陷等條件下，利用聯(lián)合高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)可以主動支撐煤礦巷道圍巖，從而起到巷道圍巖穩(wěn)定與安全的作用。然而，想要使用聯(lián)合高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)，還需要提前制定一個合理的支護(hù)方案，了解巷道圍巖的預(yù)應(yīng)力和垂直應(yīng)力等，這樣才能最大限度地提升巷道的安全系數(shù)。

3.6.2 綜合性

綜合性也是聯(lián)合高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的一大特點(diǎn)，通過此項(xiàng)技術(shù)可以將各類支護(hù)技術(shù)進(jìn)行綜合利用，并能夠取各項(xiàng)技術(shù)之所長，克服掉其缺點(diǎn)。例如，錨背支護(hù)、型鋼架支護(hù)的聯(lián)合使用等，這種聯(lián)合支護(hù)方法，在增強(qiáng)巷道圍巖穩(wěn)定性方面效果極為明顯。在具體應(yīng)用中，對于煤礦巷道內(nèi)部的深部位置變形等情況，通過聯(lián)合高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)同樣可以得到很好的解決。比如，將錨背支護(hù)設(shè)置到巷道頂部和側(cè)面等處，可以起到巷道內(nèi)、外部支護(hù)協(xié)同錨桿支護(hù)的效果，能夠從不同角度進(jìn)一步提升對巷道的支護(hù)效果[7]。

3.7 棚式支護(hù)技術(shù)

在進(jìn)行煤礦巷道的施工建設(shè)以及煤礦開采作業(yè)期間，會使用到以鋼筋、木材、混凝土為主要材料的城市支護(hù)方式。其材料的構(gòu)成相對較簡便，需要投入的成本低，使用起來的靈活程度也較高，并且具有較高的穩(wěn)固性。其所具備的優(yōu)勢較多，不足之處就是在實(shí)施過程中被動性較強(qiáng)。

4 高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用措施

4.1 完善前期地質(zhì)分析工作

為了保證采礦作業(yè)不對周圍地質(zhì)環(huán)境造成影響，在進(jìn)行采礦工程建設(shè)之前需要對地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行勘探研究。結(jié)合目前科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，需要對勘探技術(shù)進(jìn)行一定的優(yōu)化，借助系統(tǒng)性的勘探工作來發(fā)現(xiàn)地質(zhì)環(huán)境中不利于礦產(chǎn)開發(fā)的元素，及時有效地進(jìn)行處理，確保采礦作業(yè)的安全程度符合標(biāo)準(zhǔn)。在國際社會上，有關(guān)地質(zhì)結(jié)構(gòu)勘探的設(shè)備系統(tǒng)在不斷升級，且我國的技術(shù)設(shè)備也在進(jìn)行完善推進(jìn)，將更為貼合實(shí)際的技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行應(yīng)用實(shí)踐，確保地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)環(huán)境符合開采建設(shè)需要[8]。

4.2 掘進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用

礦區(qū)所處的地質(zhì)環(huán)境和地質(zhì)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，受多種邊界條件的影響，出現(xiàn)了褶皺、斷裂和節(jié)理現(xiàn)象。上述地質(zhì)構(gòu)造也對采礦工程巷道掘進(jìn)技術(shù)產(chǎn)生了較大的影響，進(jìn)而產(chǎn)生不同程度的安全和質(zhì)量隱患。所以在礦區(qū)巷道掘進(jìn)施工中，加強(qiáng)了地質(zhì)勘探、瓦斯排放、通風(fēng)防塵、巷道排水、通風(fēng)防塵及機(jī)械化掘進(jìn)等多項(xiàng)管理工作，以全面維護(hù)工程建設(shè)和施工的質(zhì)量與安全。

4.3 管理設(shè)備質(zhì)量

在巷道掘進(jìn)施工過程中涉及的施工設(shè)備較多，為了保證工程質(zhì)量需要對各類施工設(shè)備進(jìn)行質(zhì)量檢測，確保其使用性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。為了更好地確保設(shè)備質(zhì)量，采礦工程建設(shè)單位需要設(shè)立相關(guān)管理單位，對設(shè)備質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)一化管理，根據(jù)不同設(shè)備的施工質(zhì)量需要，對其進(jìn)行分類，將不同管理標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用到實(shí)際工作當(dāng)中，提高設(shè)備使用過程中的工作效率，確保工作質(zhì)量，更快更好地完成安全設(shè)施建設(shè)，為煤炭采礦工程提供更多幫助。在設(shè)備使用時需要遵循設(shè)備使用步驟進(jìn)行工作，在不使用時，也要按照規(guī)定要求進(jìn)行質(zhì)量養(yǎng)護(hù)，避免人為因素造成設(shè)備質(zhì)量受損[9]。

4.4 完善巷道掘進(jìn)

礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境與環(huán)境特殊性尤為明顯，如無法保證巷道掘進(jìn)施工設(shè)計的合理性，就會極大阻礙巷道掘進(jìn)的有序進(jìn)行，甚至引發(fā)嚴(yán)重的安全隱患。巷道掘進(jìn)施工中，如掘進(jìn)裝置及技術(shù)滯后，則會在很大程度上阻礙掘進(jìn)施工的有序開展。所以在巷道掘進(jìn)施工中，必須嚴(yán)格遵守巷道掘進(jìn)施工的制度要求，采用多道工序交叉作業(yè)的方式，提高巷道掘進(jìn)效率。由于礦區(qū)環(huán)境十分特殊，故而需同時開展巷道掘進(jìn)和巷道支護(hù)，以此保障巷道掘進(jìn)安全，縮短支護(hù)施工的時間，促進(jìn)整體施工作業(yè)的高效開展[10]。

5 結(jié)語

道圍巖變形是煤礦井下回采作業(yè)中不可避免的問題，采用有效的支護(hù)方案實(shí)現(xiàn)對巷道圍巖變形的控制，是提升礦井生產(chǎn)安全性及綜合效益的必要舉措。礦井管理者必須高度重視，在生產(chǎn)中積極組織專業(yè)人員，及時開展針對性的探究，總結(jié)適應(yīng)性良好的采掘巷道高強(qiáng)度支護(hù)方案，實(shí)現(xiàn)對巷道圍巖的有效控制，為礦井生產(chǎn)的持續(xù)有效開展提供有效支撐。