煤礦采煤掘進工作中高強支護技術(shù)的應用

摘要：隨著科技的不斷發(fā)展，支護技術(shù)持續(xù)進步和創(chuàng)新，更多支護技術(shù)的應用發(fā)揮著關(guān)鍵作用，不但可以提升煤礦采掘效率，還能確保煤礦安全與穩(wěn)定生產(chǎn)的目標。為此，應結(jié)合圍巖構(gòu)造形狀變化、預破損煤層、軟巖巷道等因素科學選用高強支護技術(shù)，嚴格控制支護細微之處，凸顯支護技術(shù)的作用，降低煤礦采掘中存在塌陷的概率。為此，本文主要分析高強支護技術(shù)及應用特點以及煤礦采掘中若干高強支護技術(shù)的應用問題，以供參考。

關(guān)鍵詞：煤礦；高強支護；安全

DOI：10.12433/zgkjtz.20231948

當前，隨著煤礦采掘量的持續(xù)增多，煤炭資源越來越匱乏，會增加煤礦采煤掘進深度和采掘難度，形成較嚴重的安全問題。為了保障高效、安全地采煤，應落實掘進支護工作，特別是針對部分較復雜的采掘工作面，高強支護技術(shù)的應用非常關(guān)鍵，技術(shù)人員應引起密切關(guān)注。只有在煤礦采煤掘進中根據(jù)具體需求選用適宜的高強支護技術(shù)，且規(guī)范實際操作流程，才可以實現(xiàn)更理想的支護效果。

一、高強支護技術(shù)及應用特點

（一）高強支護技術(shù)概述

應用高強支護技術(shù)旨在建設目標范圍的高強支護構(gòu)造，推動穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的形成，解決相關(guān)位置存在的一系列變形或坍塌問題。由于當前采煤掘進深度不斷增加，存在愈加復雜的情況，會增加煤礦采掘存在安全隱患的可能性，需要有效建構(gòu)支護體系?？v觀煤礦采掘中應用的支護技術(shù)，常設計鋼絲網(wǎng)、錨桿、鋼筋混凝土柱等形式，可以結(jié)合各種需求，選用適宜的支護技術(shù)。此外，當前應密切關(guān)注一系列新型支護材料的應用，例如，樹脂錨桿等，提升煤礦采掘工作面的穩(wěn)定性。

（二）高強支護技術(shù)的應用特點

煤礦采掘中應用高強支護技術(shù)較關(guān)鍵，可以綜合支護處理巖層構(gòu)造，保障很好地支撐煤礦巷道巖壁和頂板，體現(xiàn)穩(wěn)定性，為后續(xù)采掘煤礦奠定良好的基礎。縱觀高強支護技術(shù)在煤礦采掘中的應用情況，其特點主要表現(xiàn)在：第一，確保綜掘工作面的可靠性，保障巷道以及工作范圍的穩(wěn)定與安全，特別是針對之前多發(fā)的坍塌、松散區(qū)域，應用高強支護技術(shù)能實現(xiàn)較滿意的安全保障效果。與傳統(tǒng)的支護架構(gòu)相比，高強支護技術(shù)具有更強的穩(wěn)定性，與當前愈加復雜的煤礦巷道狀況和采掘工作面需求相符，盡可能防范安全事故。

第二，高強支護技術(shù)較高效和方便，特別是在礦井采掘過程中，由于環(huán)境條件較惡劣，因此在建構(gòu)有關(guān)支護架構(gòu)上面臨較大的困難，如果支護機制建設較復雜，會難以實現(xiàn)滿意的效果。而應用高強支護技術(shù)可以精簡施工環(huán)節(jié)，應用部分強度高的組件在礦井巷道和采掘工作面迅速支護，確保建構(gòu)高強的支護體系，作業(yè)強度整體較小，便于技術(shù)人員操作。

第三，具有理想的經(jīng)濟效益。這不僅體現(xiàn)在結(jié)合安全事故的防控減小經(jīng)濟損失，也體現(xiàn)在建構(gòu)高強支護體系的基礎上實現(xiàn)理想效益，由于高強支護技術(shù)的應用較高效和操作，無需形成昂貴的人工費或材料費等，即使在之后的保養(yǎng)以及維護工作中，也不需要較高的成本支出，可以實現(xiàn)一次支護永久受益的效果，因此應用高強支護技術(shù)具備理想的經(jīng)濟效益，值得應用和推廣。

二、煤礦采掘中高強支護技術(shù)的應用

（一）應用預留煤柱

在煤礦采掘中預留煤柱的支護方式較多見，屬于一種較傳統(tǒng)的支護技術(shù)，多應用于巷道下區(qū)段和上區(qū)段。與其他支護形式相比，此支護技術(shù)快捷、操作方便，因為受到采掘區(qū)域?qū)嶋H條件的制約，一些礦井的排水性能差、通風性不足，會增加煤礦采掘的困難，不利于提升煤礦采掘效率，而預留煤柱的支護方式能夠很好地解決上述問題，體現(xiàn)良好的抗壓和支護性能。然而，應明確的是，會面臨難以維護和支護成本較大的問題，對此，應用預留煤柱并非理想的選擇。

（二）應用錨桿鋼帶支護

錨桿鋼帶支護方式的基礎是錨桿支護，借助一條鋼帶與若干錨桿相聯(lián)系，基于鋼帶輔助下建構(gòu)一種整體，從而提升鋼帶的抗拉性能，擴大錨桿支護區(qū)域，延長使用長度，與巷道頂板相適應，具體施工程序如下：首先，切割鋼板，制作五六根鋼帶，鋼帶的厚度為4mm，寬度為100mm，長度為4.2～5.5m。其次，在鋼帶上鉆小孔，孔徑為22mm，孔距為0.8～1.3m。當然，孔距并非永久固定，在具體施工中，能根據(jù)錨桿間距加以調(diào)整，防范存在鋼帶難以安裝的現(xiàn)象。錨桿鋼帶支護形式要求以切割手段制作鋼帶，滿足鋼板的相應標準，盡管可以實現(xiàn)理想的支護效果，但會耗費較多鋼材，為此，如果具備條件，可以通過以下方式進行優(yōu)化：應用大概10mm直徑的圓鋼取代鋼板，在制作時根據(jù)700mm的尺度彎折圓鋼，根據(jù)錨桿間距加以優(yōu)化，確保形成兩根錨桿一起應用的鋼帶，再借助螺栓連接錨桿和圓鋼鋼帶，從而在不切割鋼板的情況下采用錨桿鋼帶支護方式。

（三）應用可縮性支架

可伸縮性支架支護方式的好處在于不易出現(xiàn)形變、安裝便捷、支護強度高等，為此，可伸縮性支架也廣泛地應用于煤礦采掘工程中。通常會在掘進二次支護工作中應用可伸縮支架，可以降低煤壁片幫和冒頂?shù)母怕剩旱V采掘支護中碰到的一系列困難都能應用可伸縮性支架支護方式加以處理。具體應用環(huán)節(jié)包括：

第一，結(jié)合巷道巖層現(xiàn)狀設計數(shù)量相符的拱形頂梁，應用支架柱腿，但存在不同曲率半徑和相同曲率半徑的曲線型以及圓弧直線型，為了確保柱腿的可靠性，要將底座設計在巷道底板和柱腿的連接位置。如果巷道底板腳軟，可以適當增加底座面積，否則，應用小型的底座連柱腿。

第二，應用連接件使支架連接部位卡緊，需要壓實接頭位置，提升連接支架位置的摩擦力和支護質(zhì)量。此后，需要設計拉桿，有效聯(lián)系支架，確保建構(gòu)一種完善的支護體系，實現(xiàn)理想的支護效果。

第三，在完成支架設計后，應將支撐材料填充于巷道圍巖和支架間，借助支撐材料緊密聯(lián)系支架和圍巖，在一定程度上優(yōu)化支架受力情況，提升支架的可靠性與安全性。

（四）應用單體液壓柱支護

高強支護技術(shù)在煤礦采掘中的應用涉及單體液壓柱，應用單體液壓柱技術(shù)重點是通過成型的單體液壓柱設施科學布置要求支撐的范圍，從而大幅提升支護質(zhì)量。應用單體液壓柱常常要求設置三用閥，能實現(xiàn)較滿意的主體提升效果，在到達理想高度后，支護采掘工作面的相關(guān)巷道?；诖耍瑧脝误w液壓柱時高效和便捷，可以靈活布置在要求支撐的各個范圍，很好地管控高強支護工作量，實現(xiàn)理想的高強支護工作效果。在應用單體液壓柱上，常常要求的承載性能較高，通常需要的初撐力在90kN以上。對此，應嚴格把控單體液壓柱的布置關(guān)，特別是在設計一些重要參數(shù)（距幫、排距、柱距等）上應根據(jù)具體條件加以精準控制，通常排距和柱距大概為1m，需要控制距幫為不到0.6m。在所有煤礦采掘工作面和巷道中幾乎都可以應用單體液壓柱，限制條件不高，可以獲得普遍應用以及推廣，推動其變成高強支護點柱，從而實現(xiàn)較滿意的煤礦采掘工作安全保障效果。為了提升單體液壓柱使用效果，常常輔助應用金屬鉸接頂梁，建構(gòu)穩(wěn)定的支護體系，擴大影響范圍。同時，在拆卸時，單體液壓柱也具有顯著優(yōu)勢，當煤礦采掘任務完成無需高強支護時，可以便捷地拆卸單體液壓柱，需要實時打開三用閥，消除單體液壓柱的壓力，從而直接拆卸。

（五）應用噴射混凝土支護

噴射混凝土支護技術(shù)是指在巷道圍巖噴射混凝土，提升圍巖的可靠性，最終實現(xiàn)高強支護目標的一種技術(shù)。該技術(shù)在煤礦采掘中的應用較為典型，應用流程如下：

第一，攪拌混凝土。攪拌混凝土的形式包括：首先，干式攪拌，即在干燥條件下均勻攪拌混凝土原料（砂石和水泥等），再將速凝劑混入其中，且結(jié)合壓縮空氣在巷道圍巖上噴射速凝劑和混凝土，此方式對操作者的技術(shù)標準較高，嚴格控制水灰比，特別不允許有較粗的砂石混入，根據(jù)實際條件控制使用的水泥量，一般確保混凝土為28～34MPa的強度，可以與巷道圍巖有效融合，然而，干式攪拌混凝土的技術(shù)會出現(xiàn)較大的粉塵污染問題，為此，在具體應用中的制約要素較多。其次，濕式攪拌，即在采掘場攪拌混凝土，再噴射至巷道圍巖。濕式攪拌的優(yōu)勢在于攪拌完成后能迅速投入應用，劣勢是效率低、混凝土凝結(jié)需相應的時間，為此，濕式攪拌難以在實時性支護中應用，然而，可以很好地優(yōu)化回彈現(xiàn)象，粉塵污染較低，適用于圍巖相對穩(wěn)定的巷道中。同時，濕式攪拌對骨料的標準較高，如果骨料徑粗在10mm以上，含量要維持在30%以內(nèi)；如果較大的骨料量度在25mm以內(nèi)，禁止應用細沙。

第二，混凝土噴射支護技術(shù)的應用中應維持石子、砂、水泥的比例為2：2：1。如果不具備機械攪拌條件，人工攪拌至少為三次。完成攪拌后，檢查混凝土含水率，以手抓混凝土的方式檢驗含水率，當手抓混凝土緊握后形成一團，而松手后不易散結(jié)，意味著含水率達標。如果實施干式攪拌的方式，需要控制使用的速凝劑量，一般控制速凝劑的使用量為2.5%～4%，能由上料口位置均勻加入，噴射過程中要將隔離材料鋪設在圍巖下，方便回收彈射或滴落的混凝土。如果前期攪拌混凝土的工作較充分，能控制的回彈率低于10%。

第三，在噴射混凝土前認真檢查設備，通?？刂骑L壓至少為0.4MPa，水壓應稍微高于風壓，維持在0.5～0.6MPa 之間。在噴射時要根據(jù)具體需求控制水壓和風壓，盡可能確保噴射面為平整狀態(tài)，防范大量回彈滴落的現(xiàn)象。遵循由下至上的噴射原則，先噴射圍巖墻面，再噴射拱頂，并控制工作面與噴頭的角度至少為70°，維持垂直角度是理想的噴射方法，且噴頭移動應維持螺旋形態(tài)，確保每圈直徑在200～300mm之間，噴射下一圈應壓上一圈噴射半圈。一般噴射厚度維持在50～70mm之間，再進行二次噴射，通?？刂苾纱螄娚涞臅r間為小于2h。結(jié)束噴射支護時，應清理滴落的混凝土，有序拆除一系列機械設施，并進行相應時段的養(yǎng)護，檢測噴射面強度。檢測過程中能獲取一些樣本，全面分析強度是否與噴射支護指標相符，如果達標，可以應用固有的噴射混凝土作業(yè)方式；如果不達標，應根據(jù)相關(guān)指標和要求進行優(yōu)化或完善。

（六）應用光爆錨噴高強支護

光爆錨噴高強支護技術(shù)在煤礦采掘工作中的應用具有顯著優(yōu)勢，可以提升圍巖構(gòu)造的可靠性。特別是在改進與完善抗剪性上，優(yōu)勢較明顯。光爆錨噴支護技術(shù)屬于立足于光面爆破技術(shù)的一種錨噴支護技術(shù)，能實現(xiàn)理想的圍巖支護效果，很好地防范圍巖構(gòu)造的失穩(wěn)問題。在應用該技術(shù)時，技術(shù)人員要先對要求高強支護的范圍進行光面爆破，推動平整巖面的形成，為日后應用錨噴支護打下良好的基礎或營造理想的條件。在錨噴支護中應科學打設錨桿，再通過有關(guān)錨桿掛設鋼筋網(wǎng)，從而在均勻噴射混凝土材料的基礎上建構(gòu)有效的支護體系，很好地處理圍巖變形的情況。在應用光爆錨噴高強支護技術(shù)中，錨桿可以實現(xiàn)滿意的支撐效果，很好地承擔圍巖存在的較大負荷。同時，從煤礦采掘工作角度看，不但要求安全可靠的圍巖狀態(tài)，還要確保采掘空間的充足化，而應用光爆錨噴支護技術(shù)可以縮小圍巖構(gòu)造，節(jié)省空間，便于煤礦采掘工作的開展。

三、結(jié)語

綜上所述，由于煤礦采掘中受到地質(zhì)狀況因素的影響較大，頂板裂開會造成巷道失穩(wěn)或變形的現(xiàn)象，而高強支護技術(shù)的應用可以很好地支護巷道構(gòu)造，確保巷道構(gòu)造的穩(wěn)定與安全以及巷道承受較大的荷載，從而減少構(gòu)造負載，很好地防范巷道圍巖變形的現(xiàn)象。高強支護技術(shù)具有經(jīng)濟性、穩(wěn)定性、安全性的特點，在煤礦采掘中使用具有較大的實際作用，值得應用和推廣。

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作者簡介：徐光（1984），男，山東省鄒城市人，本科，工程師，黨支部書記，主要研究方向為掘進支護技術(shù)。