復雜地質(zhì)條件下的煤礦采煤掘進支護技術(shù)情況探究

摘要：煤炭作為我國當前主要的能源來源，其開采安全與效率的重要性逐日提升。然而，不穩(wěn)定的巖層、斷層密集區(qū)及高地應力環(huán)境等復雜地質(zhì)條件，為煤礦的掘進帶來了諸多困擾。采用先進的掘進支護技術(shù)成為保障采礦作業(yè)安全的有力支撐。首先介紹了幾種復雜地質(zhì)條件下的煤礦采煤掘進支護技術(shù)，并提出了合理選擇掘進支護設備、施工工藝控制、落實安全措施的支護技術(shù)要點，旨在提高支護技術(shù)解決煤礦復雜地質(zhì)難題的有效性。

關(guān)鍵詞：復雜地質(zhì)條件煤礦采煤掘進支護技術(shù)技術(shù)要點

中圖分類號：TD353;TD263.2

ResearchonExcavationSupportTechnologyofCoalMiningUnderComplexGeologicalConditions

KONGLei1SONGShitao2WEIBenliang3

1.HuanchengCoalMine，WeishanhuMining（Group）Co.，Ltd.，ShandongProvince，Ji’ning，ShandongProvince，277600China;2.YongshengCoalMine，ShandongWeishanhuMining（Group）Co.，Ltd.，Ji’ning，ShandongProvince，277600China;3JiningCoalMineSafetyMonitoringandControlCenter， Ji’ning，ShandongProvince，277600China

Abstract：CoaliscurrentlythemainsourceofenergyinChina，andtheimportanceofitsminingsafetyandefficiencyisincreasingdaybyday.However，complexgeologicalconditionssuchasunstablerockformation，denselyfaultedareaandhighgroundstressenvironment，havebroughtmanytroublestocoalmining.Theuseofadvancedexcavationsupporttechnologyhasbecomeapowerfulsupporttoensurethesafetyofminingoperations.Firstly，thepaperintroducesseveralkindsofcoalminingexcavationsupporttechnologyundercomplexgeologicalconditions，andthenputsforwardthekeypointsofsupporttechnologysuchasreasonableselectionofexcavationsupportequipment，constructionprocesscontrolandimplementationofsafetymeasures，inordertoimprovetheeffectivenessofsupporttechnologyinsolvingcomplexgeologicalproblemsincoalmines.

KeyWords：Complexgeologicalconditions;Coalmining;Excavationsupporttechnology;Technicalpoints

在煤礦資源的開采過程中，尤其在地下深處，不穩(wěn)定的巖層與頻繁的地質(zhì)活動，使得采掘作業(yè)困難重重。復雜地質(zhì)條件下的支護技術(shù)作為保障煤礦安全生產(chǎn)的重要手段，是礦井工程技術(shù)進步的集中體現(xiàn)，也是煤礦可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。

1復雜地質(zhì)條件下的煤礦采煤掘進支護技術(shù)

1.1巖石錨桿支護

巖石錨桿支護技術(shù)主要通過鉆孔、插入錨桿并施加預應力的方法，提升巷道圍巖的穩(wěn)定性。在設計錨桿支護系統(tǒng)時，依據(jù)《煤礦巷道錨桿支護技術(shù)規(guī)范》（GB∕T35056—2018）嚴格控制關(guān)鍵參數(shù)，包括錨桿的長度、直徑、布置密度及預應力的大小。以常見的高強度鋼制錨桿為例，其直徑通常為22mm，長度從2～6m不等，采用扭剪型高強度錨桿，承載力可達210kN，既具有較高的抗拉強度，也有良好的抗剪能力[1]。錨固材料可采用環(huán)氧樹脂或聚酯樹脂，在錨桿與巖石之間形成牢固的黏結(jié)，樹脂的充填長度通常為整個錨桿長度的80%～100%，以確保全柱固結(jié)。安裝時通過液壓設備施加預應力，控制大小在150～200kN之間。高預應力錨桿系統(tǒng)在提升巷道圍巖穩(wěn)定性方面特別有效，如圖1所示。

錨桿支護通常采用如下幾種類型的錨桿系統(tǒng)。（1）扭剪型錨桿：具有一體化的錨固和錨桿功能，能在較短的安裝時間內(nèi)迅速提供巷道支護。（2）膨脹型錨桿：適用于比較破碎的巖層，通過錨桿體的機械膨脹與巖石形成摩擦錨固。（3）復合型錨桿：結(jié)合化學和機械錨固方式，提供更為強大的錨固力，適用于極端的地質(zhì)條件。此外，在復雜地質(zhì)環(huán)境下如斷裂區(qū)或高地應力區(qū)，傳統(tǒng)的錨桿支護往往無法單獨滿足安全需求，需要將高強度鋼絲網(wǎng)與噴射混凝土結(jié)合使用，進一步提升巷道的整體穩(wěn)定性[2]。

1.2支架支護

支架支護技術(shù)通過在巷道中設置結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的支架系統(tǒng)，有效固定圍巖，從而保障巷道的結(jié)構(gòu)安全。根據(jù)支架的構(gòu)造和功能差異，支架支護主要包括框架式支架、壓桿式支架和履帶式支架?？蚣苁街Ъ芡ǔＳ蒕345鋼等高強度鋼制成，具有較高的屈服強度和抗拉強度。每個框架的重量約為150～200kg，能夠承受的最大垂直負載通常在500～800kN之間，特別適用于深部礦井和地應力較高的環(huán)境。壓桿式支架采用的是可調(diào)節(jié)的液壓或機械裝置，使支撐力可以根據(jù)巖層條件進行調(diào)整，其壓桿直徑通常在110～140mm，長度可從2m調(diào)節(jié)至4m，壓桿的工作壓力達到300kN，最大擴展力達500kN。履帶式支架設計用于在變化的地質(zhì)條件下提供移動和靈活的支護。這種支架的移動速度可達到每分鐘15～20m，支撐寬度從1.5～3.5m不等，高度可調(diào)節(jié)從2～4.5m。每個支架單元的承載能力約為1000kN，在較寬的工作面上提供穩(wěn)定的支撐[3]。

1.3混凝土噴射支護

噴射混凝土支護技術(shù)采用高速噴射混凝土至巷道圍巖表面，迅速實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的固化與密封。噴射混凝土的材料一般包括水泥、砂、碎石和必要的添加劑，這些成分根據(jù)所需的機械性能和固化時間進行精確配比。在噴射混凝土支護技術(shù)中，混凝土的厚度在5～25cm之間，具體厚度根據(jù)圍巖的穩(wěn)定性和受力條件確定。為了增強支護層的整體結(jié)構(gòu)強度，常在混凝土中加入鋼纖維或聚丙烯纖維，纖維的添加比例一般為混凝土重量的0.5%～1.5%。使用的噴射機械根據(jù)作業(yè)的規(guī)模和環(huán)境條件，可選用手持式或車載式，控制噴射速度為20～30m/s。此外，施工過程中須控制空氣和混凝土的混合比例，將空氣壓力維持在0.4～0.6MPa。在特定的工程應用中，如巷道存在嚴重的水問題或地壓活動頻繁的區(qū)域，噴射混凝土的配方可加入硅烷類或丙烯酸類防水劑，通過調(diào)整水灰比（在0.35～0.45之間）來優(yōu)化混凝土的黏結(jié)性[4]。

1.4組合式支護

組合式支護技術(shù)融合了兩種或多種傳統(tǒng)支護方法的優(yōu)勢，綜合應用錨桿、注漿、鋼支護及噴射混凝土等方法以達到最優(yōu)的支護效果，具體如下。

1.4.1錨桿加注漿

使用，兼具鉆孔桿和注漿管的功能的自鉆式注漿錨桿，在極度破碎的巖石中穩(wěn)定鉆孔并注入漿液。

1.4.2錨桿與鋼支護結(jié)合

適用于巷道頂部和兩側(cè)圍巖穩(wěn)定性差的情況。錨桿提供從內(nèi)部固化巖體的作用，而外部的鋼支護架提供物理支撐。鋼支護通常采用節(jié)距1.2m的鋼拱架，拱架的單元長度通常為0.8～1.2m，能承受高達300kN的壓力。

1.4.3錨桿加噴射混凝土

適合圍巖相對完整但需要額外防護層的巷道。在安裝錨桿后，對巷道表面噴涂一層厚度為10～15cm的混凝土層。噴射混凝土的施工速度約為10m2/h。

1.4.4錨桿加注漿加鋼支護

為極端復雜的地質(zhì)條件設計，例如高地應力環(huán)境或巷道周圍巖石強度非常低的情況。施工團隊首先使用注漿固化裂縫和空洞，隨后安裝錨桿增強圍巖結(jié)構(gòu)，最后安裝鋼支護架以提供物理阻隔和支撐。

2復雜地質(zhì)條件下的煤礦掘進支護技術(shù)要點

2.1合理選擇掘進支護設備

在煤礦掘進工作中，選擇合適的支護設備是保證作業(yè)安全和效率的關(guān)鍵因素，要求施工團隊分析巖石的硬度、抗壓強度、斷層位置及地下水情況等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)指導選擇適用于特定地質(zhì)條件的掘進機械和支護系統(tǒng)。例如：硬巖環(huán)境需要高強度截齒和強大驅(qū)動力的設備，而在斷層頻發(fā)區(qū)則需設備具備高靈活性和更強的穩(wěn)定措施。

在選擇液壓支護系統(tǒng)時，施工團隊需要評估支護設備的承載能力和適應性，例如選擇能夠自動調(diào)整支護力的液壓支架系統(tǒng)，這就需要根據(jù)實時監(jiān)測到的地壓變化自動調(diào)整支撐力，從而適應復雜且不斷變化的地質(zhì)條件。

2.2施工工藝控制

在煤礦復雜地質(zhì)條件下實施支護技術(shù)，施工團隊采用精確的工藝控制步驟來保證支護的正確實施。對于錨桿支護，施工團隊需使用輕型鉆車或手持鉆等鉆孔設備，保持鉆孔直徑通常為32～42mm，鉆孔深度依據(jù)工程設計可達數(shù)米。鉆孔的精度直接影響錨固的質(zhì)量。使用壓縮空氣或水清洗鉆孔，移除孔內(nèi)的松散物，確保錨固劑能有效黏合巖石和錨桿。將預制的錨桿插入清潔的孔中，將錨固劑（通常為水泥基或樹脂基）注入孔內(nèi)，填滿孔內(nèi)空間并環(huán)繞錨桿。在實施噴射混凝土支護時，施工團隊要清理要噴涂的巖面，除去松散和不穩(wěn)定的巖石及灰塵。使用噴射機將混凝土均勻噴涂在巖面上，厚度一般為5～10cm，確保連續(xù)無縫覆蓋整個處理面[5]。噴射后的混凝土需要保持適當濕度和溫度養(yǎng)護，一般養(yǎng)護期為7d。

3結(jié)論

復雜地質(zhì)條件下煤礦采煤掘進支護技術(shù)展現(xiàn)了工程實踐與科技創(chuàng)新的交匯。從錨桿支護到噴射混凝土，從架棚系統(tǒng)到綜合支護設備，每項技術(shù)均體現(xiàn)出對地質(zhì)難題的精確回應。施工團隊需嚴格執(zhí)行安全措施，形成從預防到響應的全方位安全管理體系。

參考文獻

[1]董廣路，孫立虎.復雜地質(zhì)條件下煤礦開采掘進支護技術(shù)的應用[J].冶金與材料，2024，44（5）：127-129.

[2]賈晶晶，劉帥，聶旭峰.復雜地質(zhì)條件下煤礦掘進支護技術(shù)的應用[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟，2024（8）：163-165.

[3]宋慶飛，許守琦.復雜地質(zhì)條件下有效的煤礦掘進支護技術(shù)[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟，2024（8）：37-39.

[4]張嘯天.深基坑土釘墻與樁錨聯(lián)合支護結(jié)構(gòu)研究與優(yōu)化[D].長春：吉林建筑大學，2023.

[5]馬立騰.礦井支護錨桿鉆孔耦合振動機理及被動減振研究[D].蕪湖：安徽工程大學，2022.