煤矿井下复杂顶板巷道支护工艺研究与应用

煤矿井下复杂顶板巷道支护工艺研究与应用

姚洪江

23112119860724**** 黑龙江 哈尔滨 150000

摘要：煤矿生产过程中，巷道支护技术是保证井下安全掘进、高效稳定生产的重要保障。井巷工程掘进准备工作中，应首先结合地质、水文条件和采动影响等要素选取适宜的巷道支护技术。符合井巷围岩力学结构的支护技术是降低井巷维护成本、减少巷道维修资金投入的最根本保证。叙述了巷道支护的重要性及巷道围岩压力分类，分析了巷道支护技术，指出了提升巷道支护技术稳定性的措施。

关键词：巷道；掘进；联合支护；煤矿

中图分类号：TD353 文献标识码：A

1 引言

煤炭是我国的基础性能源，是国民经济发展和进步的重要保障，随着以采煤机、刮板输送机、液压支架为代表的综采设备的不断投入使用，煤矿井下综采作业效率得到了空前的提升。为了适应自动化设备井下综采作业需求和高效转运需求，对井下巷道的尺寸和支护安全性、掘进效率均提出了更高的要求。在传统的支护方案中主要是利用被动支护的方案，以锚杆支护为主、灌浆支护为辅，但在井下复杂地形条件下灌浆支护凝固效率低、浆液传输工作量大、经济性差，无法适应高效掘进的需求。

2 巷道掘进中支护工艺研究意义

对于煤炭的挖掘任务，我国在煤矿相关的规章中特别拟定了相对应的法则，在开凿地下巷道使用设备过程中，一定要增加煤矿巷道四周岩石和岩层的牢度程度，就是运用有关的器材当支柱。倘若在进行煤矿巷道四周岩石和岩层的维护、巩固过程中，想要采用的支柱设备应和开凿地下巷道一起进行，就会在相当大的方面使煤矿的挖掘效率得到影响，从而使开工本钱加大。因此，提高煤矿挖掘的效率，加大煤矿挖掘的产量，一定要对支护方法进行改善。关于支护设备和技艺完整性的研制，不仅可以高效率降低进行支护耗用的时间，提高开凿地下巷道工作的效率，还能够减少煤炭挖掘过程中巷道岩层暴露的时间，使职工的作业量降低，提高支护度，同样也保护了挖掘职工的人身健康。除此之外，关于煤矿巷道过程中挖掘的技艺进行改善，不仅可以给开凿地下巷道支护任务的探索带来仿照，还可以更加的提高煤炭挖掘的产量和效率。

3 巷道围岩压力分类

3.1 松动压力

松动压力指塌落的岩体重力直接作用在支架结构上的压力，按作用位置不同划分为侧向和竖向压力。支护结构未能有效控制围岩变形，围岩垮塌形成松动圈主要表现为顶板压力显现严重。

3.2 形变压力

围岩的形变压力主要指的是围岩变形受到支护结构约束作用而产生的压力。围岩压力、支护时间和支护结构刚度对其均有影响。巷道支护结构中，为适应形变压力变化趋势，在设置好衬砌后，可选取柔性支护技术，避免围岩位移过大使形变压力转变成松动压力影响巷道正常施工作业。实际施工中，松动压力和形变压力通常并存。按围岩的结构特性划分，形变压力又分为弹性、塑性和黏性三种类型。

3.3 膨胀压力

膨胀压力指围岩吸水膨胀，岩体崩解引起的压力。其展现形式与围岩形变压力类似，但内部变形作用机理完全不同。膨胀压力主要是岩石与水发生理化反应引起的，而形变压力是由巷道围岩应力与结构效应引起的。

3.4 冲击压力

在巷道开挖时，因井巷围岩弹性变形能长时间积聚在岩体内，突然解除约束力致使弹性变形能瞬间释放，引起岩块抛射的压力即为冲击压力。冲击压力与岩体弹性模量相关，高应力的作用下弹性模量大的岩体易于积聚弹性变形能，当遇到围岩约束力解除时会突然释放冲击压力。

4 煤矿井下复杂顶板巷道支护工艺应用

4.1 适当应用前探梁和液压支柱

合理运用前探梁能够处理部分在煤矿掘进支护过程中碰到的些许困难。在运用前探梁以前应该制定好其大概的方位，依据现实的施工情况对间距实行改善，保证间距在恰当的范围里。前探梁大部分的设计间隔即为0.4m，不过在详细架设巷道构造时应该在从新对其进行谨慎的科学测评，清理巷道里面的杂物，使得前探梁可以畅通无阻的转移。在进行前探梁的架设时，应该通过连棚器材把各种设备贯穿起来，把间隔控制住合适的范围里。较为合适目前的煤矿挖掘任务的为单体的液压柱，在安置液压柱时，应该严肃控制支柱和支柱间的间隔，通常是1.5m，同时应当和顶梁垂直。在遭到急迫状况时，应该先进行顶梁布置，在进行钢丝网的完善，液压柱施工较为便于达到煤矿掘进支护技艺的有关需求，对支护布局有帮助。

4.2 掘进机端部支护结构优化

在掘进机的端部由于断面尺寸相对较大，因此在掘进过程中容易出现冒顶事故，因此是快速掘进过程中巷道顶板支护的关键，结合巷道掘进工艺和支护安全性需求，提出了三次成巷快速支护方案。在掘进过程中首先对巷道中间大面进行一次成巷，然后进行巷道大面锚索网联合支护，在此支护时需要沿着巷道施工走向先形成“井”字型的支护结构。支护完成后再对左侧和右侧分别进行成巷，从而确保了在不影响巷道掘进效率和质量情况下优化支护结构，提高支护效率和支护稳定性。对巷道掘进端部的支护同样采用了锚网索联合支护的结构，先将锚索以“井”字型结构布置在巷道内，组成一个支护框架，满足对顶板的支护稳定性需求，然后在掘进机进行掘进作业的过程中将锚索用钢带串起来，钢带的间距设置为1000mm，排距设置为1000mm，钢带的数量根据煤矿井下巷道的实际宽度进行灵活选取，锚网选择孔径为30mm的高密度锚网，双层排列结构，确保掘进面掘进作业的稳定性。

4.3 型钢支护技术

井下巷道支撑结构承受的围岩压力既有纵向推动压力也有横向载荷压力，因此，在确定支护技术前首先要进行支护结构承载负荷能力测试。掘进作业时，可结合井巷设计选取适宜的型钢支护技术，例如U型钢支护技术适用于巷道服务时间长、围岩受动压影响大和无底鼓现象的巷道条件。抗弯截面模量在确定井下巷道型钢断面参数时尤为关键，其要保持与巷道支架负荷能力最大程度的相似。支护型钢的几何形状决定了支架本身具备的性能，因此，在进行型钢滑移与锁紧的过程中，支护结构的接触面面积及平稳性必须达到最优水平，使承受压力效果达到最高标准。

4.4 预留煤柱支护技术

预留煤柱主要发挥隔离带或承重墙作用，分为可回采和不可回采两种煤柱。在巷道支护形式上，预留煤柱支护属于传统的井下巷道支护；从施工技术方面讲，预留煤柱支护比其他支护技术的应用简单，同时有利于巷道通风、排水系统建设。

5 结束语

就当前我国煤矿掘进施工和支护技术的现状来看，还难以做到确保安全性的同时实现掘进速度的提升，由于受到煤矿工作环境以及技术等因素的影响，支护效果并不稳定，施工人员的安全性难以保障。根据煤矿施工的实际情况，对煤矿巷道掘进施工以及支护技术进行了简要的分析，希望对我国煤矿行业的发展有所帮助。

参考文献：

[1] 张树峰,宋益峰.抗冲击U、W支护工艺在深井复杂地质条件下的研究与应用[J].内蒙古煤炭经济,2019(14):3+23.

[2] 王荣立.复杂地质条件下巷道顶板控制与支护技术应用实践[J].黄金,2018,39(11):44-48.

[3] 张建华.复杂地质构造煤层开采顶板管理技术研究与应用[J].水力采煤与管道运输,2018(03):5-6+9.

[4] 张明辉.复杂地质条件下的煤矿掘进支护技术应用解析[J].矿业装备,2018(04):34-35.

[5] 秦淼.复杂条件下薄煤层回采巷道围岩支护案例分析[J].内蒙古煤炭经济,2018(11):118-119.