煤礦地下采掘中高強支護技術應用探析

卜現(xiàn)濤 許之志

摘要：當前，煤炭儲藏量逐漸減少，開采深度日漸加大，對煤炭地下掘進安全造成了一定的威脅。因此，而在煤礦地下采掘作業(yè)中引入高強支護技術，可有效保障煤炭巷道采掘作業(yè)的安全性與穩(wěn)定性，降低安全事故的發(fā)生率。高強支護技術的安全性較高，且操作方便，可以保障煤礦巷道的穩(wěn)定性，促進煤礦挖掘工作高效開展。因此，加大對高強支護技術的研究力度，提高施工技術水平，優(yōu)化功能作用，有利于煤炭事業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

關鍵詞：煤礦；地下采掘；高強支護

DOI：10.12433/zgkjtz.20232444

一、高強支護技術概述

（一）原理

高強支護技術主要是指錨桿、錨索、鋼絲網(wǎng)、鋼帶以及噴混凝土等支護技術，在應用過程中結合具體情況，強化支護性能，以適應各種復雜的地質構造，如在頂軟、底軟、煤層軟等工程中使用，可有效解決頂板、兩幫變形問題，保障圍巖、巷道的穩(wěn)定性與安全性，強化整體圍巖結構的承載能力，其安全性、支護效果較高，成本較低，適用性強。

在高強支護技術應用中，可以加強對圍巖的徑向約束作用，進而干預巷道的受力狀況，將圍巖的受力狀態(tài)從二向受力改為三向受力，使圍巖的承載能力得到顯著提升，從而防止深層煤礦采掘工作中發(fā)生巷道變形情況。在具體應用前，需要做好前期調查工作，詳細勘察巷道周邊環(huán)境，掌握精準數(shù)據(jù)，從而制定可行性的高強支護計劃，保障高強支護技術功能作用得到全面發(fā)揮。

（二）類型

（1） 被動支護技術：如支架、U型鋼等，可以強化巷道表面的支護抗力，避免出現(xiàn)圍巖變形問題。

（2） 壁厚混凝土填充技術：借助混凝土將支護構件與圍巖結合起來形成整體，進而顯著提升巷道的穩(wěn)固程度。

（3） 主動支護技術：如錨桿、錨索等，注重從圍巖內部產(chǎn)生作用力，通過內部作用的方式壓實圍巖的結構面。

（三）優(yōu)勢

高強支護技術的適應性較強，可以利用多種支護結構形式，對復雜施工環(huán)境進行良好的適應，強化其支護性能，保障巷道穩(wěn)定性與安全性，而且支護構件方便搬運。高強支護技術的穩(wěn)定性較高，后續(xù)維護需求不高，可以減少維修費用和作業(yè)成本，同時縮短設備維護時間，提升煤礦掘進速度，優(yōu)化作業(yè)環(huán)境，降低作業(yè)風險，營造安全作業(yè)空間。高強支護技術的總體應用成本較低，在煤礦開采作業(yè)中得到了廣泛應用。

二、煤礦地下采掘中高強支護技術類型

（一）噴射混凝土支護技術

煤礦地下掘進往往需要在封閉環(huán)境中作業(yè)，巖層容易受到開采作業(yè)的擾動，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，且地質構造較為復雜，需要采用高強支護技術穩(wěn)固圍巖，避免發(fā)生沖擊地壓、煤層壓出等現(xiàn)象。超高強噴射混凝土施工技術的應用，可以進一步強化巷道安全，增強支護效果。其中，該技術主要包括干式噴射混凝土、濕式噴射混凝土以及水泥裹砂混凝土等類型。

（1） 干式噴射混凝土支護技術：適用性強，在具體應用中，要通過人工、機械方式，均勻攪拌速凝劑、水泥、混凝土，確保其比例的科學性，然后利用干式噴射混凝土噴砂機噴涂到巷道圍巖上，形成支護體。

（2） 濕式噴射混凝土技術：利用人工、機械方式，對混凝土、速凝劑、水泥材料等進行均勻攪拌，輸送到濕式噴射機，按照相關比例加水混合，噴射到巷道圍巖墻體上，形成支護體。

（3） 水泥裹砂噴射混凝土支護技術：利用水泥裹挾砂粒，通過壓縮空氣泵送出去，并噴射到圍巖墻壁上，形成支護體，保障巷道安全。

（二）光爆錨噴網(wǎng)支護技術

光爆主要是指光面爆破，再通過合理控制炸藥用量，以便達到預期的爆破效果，確保巷道成型規(guī)格、平整性。使用該方法爆破，可以避免巖壁出現(xiàn)爆震龜裂現(xiàn)象，保障整體巷道圍巖的穩(wěn)定性。在光爆錨噴網(wǎng)支護技術應用中，需要利用錨桿把鋼筋網(wǎng)固定在頂拱、邊墻上，然后噴射混凝土，形成完整的支護結構。錨噴網(wǎng)支護技術的應用，可以將錨桿支護和噴射混凝土支護技術的優(yōu)勢有機結合起來，強化兩者對頂拱和邊墻的穩(wěn)固作用，進一步增加錨桿托板的面積，并保障破碎圈表面的完整性，強化整體圍巖結構的抗彎能力、抗剪能力，強化錨噴網(wǎng)支護巷道的韌性，并增加允許變形量。這是一種主動支護技術，可以保障圍巖的穩(wěn)定性與可靠性，加固破碎圈，且成本較低，適應性強，在破碎帶不穩(wěn)定巖石支護中得到廣泛的應用。在使用該技術時，需要優(yōu)化設計炮孔間距、不耦合系數(shù)、最小抵抗線以及裝藥結構等參數(shù)，才能有效發(fā)揮該支護結構的功能作用。

（三）聯(lián)合支護技術

井下深部巷道的地質結構較為復雜，而且整體巷道穩(wěn)定性較差，再加上底板荷載能力較弱，承壓能力不足，加大了巷道采掘工作的風險。在此情況下，如果僅使用一種支護形式，難以滿足真正發(fā)揮高強支護技術的功能作用，甚至存在一定的安全隱患。因此，在深部巷道開采作業(yè)中，需要引進聯(lián)合支護技術，對多種支護形式進行綜合應用，從而進一步強化支護效果。其中，主要類型包括：高預拉力錨桿+超高強U型鋼可縮性支架、U型鋼支護+錨網(wǎng)支護、混凝土支護+錨桿支護等形式。在具體操作中，需要結合航道的具體情況，選擇適宜的聯(lián)合支護形式。例如，協(xié)調應用高預拉力錨桿和超高強U型鋼可縮性支架，可以增加整體支護結構的強度和剛度，發(fā)揮錨桿穩(wěn)固圍巖的超強作用，同時可以發(fā)揮U型鋼伸縮性支架的大承載力、高阻縮性優(yōu)勢，保障圍巖的穩(wěn)定性，減少煤炭開采作業(yè)中對頂板、巖層的擾動，避免出現(xiàn)巖石流動、移動、變形等問題；U型鋼支護與錨網(wǎng)支護的聯(lián)合應用，主要是在錨孔初次噴射后，開展實施鋼梁與錨桿支護作業(yè)，其主要材料為鋼筋網(wǎng)、混凝土，可以提升巷道支護的穩(wěn)定性，保障聯(lián)合支護的安全性，優(yōu)化開采環(huán)境，促進煤炭開采順利進行。

（四）可縮性支架的應用

可縮性支架是一種應用較為廣泛的支護形式，能夠對支架進行雙向伸縮，強化高強支護結構的靈活性。在具體應用中，可以強化巷道結構的承壓能力，強化支護環(huán)境的牢固性與穩(wěn)定性，保障煤礦掘進安全，提升煤炭開采作業(yè)效率。

（五）錨桿支護形式

錨桿支護的應用，可以強化破碎巖體的整體性與穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)巷道風險事故。在錨桿支護中，可以把錨桿插入圍巖深處，這樣可以增強不穩(wěn)定圍巖巖層與巖石的緊固性，形成組合梁、拱等，強化加固巷道結構，提升巷道的穩(wěn)定性與可靠性，防止發(fā)生圍巖坍塌、滑移等問題。一般情況下，需要在巷道中設置若干個錨桿支護，共同對圍巖產(chǎn)生擠壓、黏結等作用力，使其形成整體承載環(huán)，避免圍巖出現(xiàn)變形問題，增強巷道深處圍巖的穩(wěn)固性。該支護形式的應用成本較低，方便操作，斷面支護空頂距較小，在一次成巷、快速掘進工程中得到廣泛應用。

（六）預留煤柱

傳統(tǒng)的預留煤柱高強支護形式，主要在煤礦巷道上下部結構中使用，方便操作，應用效果好，尤其適用于通風條件不好且排水效果差的礦井。但是該技術在應用中費用較高，加大了巷道后期維護難度。因此，在選擇高強支護技術形式時，需要展開詳細的調查工作，了解礦井巷道具體情況，確保高強支護形式的契合性，助力隧道掘進工作安全開展。

三、煤礦地下采掘中高強支護技術應用場景

（一）軟巖巷道中的應用

軟巖巷道是煤礦采掘的難點，主要是在軟巖巷道中存在很多圍巖節(jié)理裂隙，加大了煤礦采掘過程對圍巖的擾動，引起巷道變形問題，在嚴重情況下還會引發(fā)頂板事故。選擇合適的支護結構，強化內部構造穩(wěn)固性，以便減少煤礦安全事故的發(fā)生概率，保障工作人員的人身安全。在編制頂板支護管理方案時，需要提前對軟巖巷道結構展開詳細的調查分析，了解煤礦現(xiàn)場的具體情況，從而保障支護結構設計的合理性與可行性，為開采作業(yè)的有序開展奠定良好的基礎。同時，為了提升軟巖巷道開采作業(yè)的安全性，需要加大支護設備的管理力度，安排專業(yè)人員定時維護管理，從而保障煤礦采掘作業(yè)面頂板的安全性與可靠性。其中，頂板支護設備的評價主要是通過設備穩(wěn)固性、質量、性能等方面進行衡量，所以需要按時檢修支護設備，確保其始終處于良好的運行狀態(tài)，最大限度地降低安全事故的發(fā)生率。同時，還需要采取多種方式，強化煤礦采掘作業(yè)穩(wěn)固性，如貼幫支護、切頂支護、超前支護及端頭出口支護等。在井下開采作業(yè)中，需要強化各個部門的配合力度，強化頂板支護管理，有效規(guī)避冒頂事故的發(fā)生。

（二）預破碎煤層中的應用

爆破技術的應用，雖然可以提升煤礦開采速度，但是危害性較大，會對周邊圍巖造成嚴重擾動，出現(xiàn)位移、變形等問題，加大煤礦開采作業(yè)的風險性。因此，在爆破開采作業(yè)時，需要結合預破碎煤層的性質特點，選擇合適的支護結構形式，可以有效控制爆破作業(yè)的危害性，減少煤礦安全事故的發(fā)生。

通常情況下，距離爆破點越遠的圍巖，受到的影響越小?；诖?，工作人員應開展詳細調查，采取合理措施加固松動圍巖，從而降低爆破作業(yè)的擾動作用，避免出現(xiàn)巷道松塌或垮落事故。同時，還需要提前強化處理關鍵圍巖，如對其錨固，從而提升圍巖承載能力，并對巷道圍巖承受的壓力進行分散轉移，避免出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象，降低圍巖荷載，有效規(guī)避圍巖變形現(xiàn)象，發(fā)揮支護技術的作用，合理控制圍巖中的不穩(wěn)定因素。在初期支護中，容易出現(xiàn)結構面滑動、裂縫張開等現(xiàn)象，需要利用高強支護技術對其進行有效性控制，使其穩(wěn)定在被壓縮狀態(tài)，強化承載能力，優(yōu)化開采作業(yè)安全環(huán)境，強化錨固區(qū)域的應力承載能力，減輕爆破作業(yè)對周邊環(huán)境的破壞。

四、煤礦地下采掘中高強支護技術質控措施

（一）體現(xiàn)設計方案的針對性

我國地域遼闊，不同的地區(qū)地質條件存在很大的不同，煤炭資源儲藏量、深度差異較大?；诖?，在應用高強支護技術前，需要開展詳細的地質調查工作，詳細勘察現(xiàn)場地質、水文條件等，掌握精準數(shù)據(jù)，并構建力學模型，保證設計方案的合理性，才能為施工提供正確的指導，保障支護參數(shù)與實際需求一致。同時，還需要在實驗中驗證參數(shù)，并修正設計方案。

（二）注重細節(jié)把控

在實際操作中，需要嚴格把控高強支護技術的應用細節(jié)，優(yōu)化整體施工程序，既可以保障施工安全，也可以加快掘進速度。如針對支護初期的變形情況，需要強化巷道錨桿的阻礙作用，延伸高強支護系統(tǒng)的桿體，可以有效控制支護初期變形，強化支護對周邊巖體的約束力；或者利用錨梁等方式，固定高墻支護結構，以便分散支護壓力，促進支護施工質量提升，保障煤礦地下掘進工作順利進行。

（三）完善監(jiān)控體系

通過構建高強支護監(jiān)測體系，可以實時監(jiān)測圍巖、支護結構的情況，掌握動態(tài)信息，幫助工作人員及時掌握高強支護、圍巖的狀態(tài)，以便為高強支護系統(tǒng)的優(yōu)化改進提供依據(jù)。另外，還可以幫助工作人員及時發(fā)現(xiàn)巷道圍巖、支護的潛在風險，并在第一時間采取應對方案，保障煤礦采掘工作順利進行。

（四）強化主動應用

煤礦采掘管理人員需要充分認識到高強支護技術的優(yōu)勢作用，積極引入高強支護技術，并結合深井巷道的實際情況，優(yōu)化創(chuàng)新支護結構形式和施工方法進行，保障施工方案的可行性與合理性，進一步強化巷道圍巖的承載力，有效發(fā)揮深井巷道的預應力作用，強化自主支護效果，保障巷道采掘工作安全開展。

（五）做好實地勘察工作

為了有效應用高強支護技術，在施工前，需要做好詳細的實地勘察工作，了解現(xiàn)場的施工條件、自然環(huán)境等，尤其要對全面收集環(huán)境濕度、地質條件、巷道地形等參數(shù)，并以此為依據(jù)科學評價巷道安全性，并判斷采掘作業(yè)的難易程度。在此基礎上，還要制定相應的掘進制度和工作標準，明確采掘參數(shù)，確保高強支護技術的適應性和可行性，保障煤礦采掘工作安全開展。

五、結語

綜上所述，強化高強支護技術在煤礦地下掘進工作中的應用，可以進一步保障周邊圍巖和巷道的安全性和穩(wěn)固性，預防安全事故發(fā)生，保障工作人員的人身安全，同時促進煤礦開采事業(yè)高質量發(fā)展。

參考文獻：

[1]侯利強.煤礦采煤掘進中高強支護技術的應用研究[J].能源與節(jié)能，2023（04）：201-203.

[2]郝升明.煤礦采煤掘進工作中高強支護技術的特點及應用[J].當代化工研究，2022（07）：93-95.

[3]吳建星. 細徑超高強熱處理錨桿在煤礦支護中的應用研究[C].//中國煤炭學會.第十屆全國煤炭工業(yè)生產(chǎn)一線青年技術創(chuàng)新文集.煤炭工業(yè)出版社，2016：89-97.