煤矿掘进支护技术探析

煤矿掘进支护技术探析

郝双峰 1 武媛媛 2

1. 平顶山平煤设计院有限公司 河南平顶山 467000

2.中平能化集团机械制造有限公司 河南平顶山 467000

摘要：随着采煤技术的发展，工作面的开采速度越来越快，这就需要准备较多的新的工作面。如果准备工作面和回采工作面不能正常接替，就会出现采掘接替紧张的问题，进而严重影响矿井的开采效率。因此，为了缓解这种问题，需要加快巷道的掘进速度。巷道的快速掘进是采矿工程中所要解决的难题，其难点在于如何有效地平衡掘进与支护的关系。掘进的速度可以很快，但很难保证支护的速度和质量。由于存在矿山压力，如果不对巷道进行有效的支护，很容易出现冒顶事故。而且由于地质条件的不确定性，巷道的支护和掘进需要根据实际情况进行调整。此外，巷道的掘进和支护还受到所用设备和技术的影响。本文分析了巷道掘进速度的影响因素以及巷道锚杆支护的影响因素，最后阐述了锚杆支护技术在巷道掘进中的应用。

关键词：煤矿开采；巷道掘进；支护技术；锚杆支护

1巷道掘进速度影响因素

巷道是煤矿开采的通道，其掘进速度对煤矿的高产高效有直接影响。在当今采矿技术高度发展的时代，煤矿开采速度得到了巨大提升，而巷道掘进速度很难满足煤矿开采的需要，这就是普遍存在的采掘接替紧张的问题。在煤矿开采过程中，根据巷道周围围岩的类型，可以将巷道分为岩巷和煤巷。岩巷是在岩层中掘进的，施工难度大，成型速度慢；而煤巷位于煤层中，施工容易且速度快。下面分别介绍这两种巷道的掘进方法。

1.1岩巷的掘进

对于岩巷的掘进，目前多采用钻爆法，即通过钻眼爆破的方法来破碎岩体使巷道成型。这就要求在施工时对岩层参数有详细的了解，进行有效的施工管理，并制订合理的施工方案。在进行爆破时，要选择合适的钻孔深度、钻孔角度和钻孔数量，这可以通过掘进施工图来完成。爆破时，炸药的装药形式最好选择耦合装药，这种装药形式爆破效果好，但对密封要求高。在爆破后，应该及时清除掘进工作面前方的碎石并对工作面进行支护。合理的安排爆破、装岩和支护3个工序是实现岩巷快速掘进的关键。随着技术的发展，一些条件好的矿井也采用综掘机来掘进巷道。这样做，不仅掘进效率大大提高了，实现了掘进、装岩和支护的一体化，而且掘进安全也得到了大幅提高，是一项正在推广的岩巷掘进技术。但是，掘进机对巷道断面的要求很高，即巷道断面要能便于掘进机运输。

1.2煤巷的掘进

与岩巷掘进不同的是，由于煤的硬度较低，煤巷掘进可以采取的方式也比较多。在进行煤巷掘进时，要充分考虑巷道的断面。对于断面较小的巷道，可以采用单向掏槽的方式进行掘进，在作业时需要布置倾角在60°～90°之间的3个掏槽。为了提高掘进效率，通常采用爆破法来辅助煤巷的掘进，这个过程需要人工装煤。由于装煤是一项费体力的工作，通常采用装煤机来辅助，常用的是ZMZ型装煤机，如图1所示，其主要特点是能进行履带式行走，能适应掘进工作面恶劣的工作环境，目前已经得到了广泛的推广和使用。

图1ZMZ型装煤机

在一些煤矿中，也有采用连续采煤机进行巷道掘进的。连续采煤机是房柱式开采所用的采煤机，其主要特点是实现了破煤、装煤的一体化，效率十分高。由于掘进的是煤巷，可以使用连采机来进行巷道掘进，这种技术在内蒙古矿区的一些矿井得到了应用。这种掘进技术的掘进速度是普通掘进机的几倍甚至十几倍，是一种理想的煤巷掘进技术。但是，连续采煤机对地质条件变化的适应性较差，如果煤层变薄或出现了断层，会大大影响连续采煤机的效率甚至会影响连续采煤机截齿的寿命。总的来说，无论是岩巷还是煤巷，在掘进完成后都需要进行有效的支护来抑制巷道的变形。为了提高支护的速度和质量，现在很多矿井都采用锚杆支护技术。锚杆支护技术具有支护速度快、施工简单和支护强度高的优点。

2锚杆支护技术的原理

锚杆支护技术是通过锚固杆件实现对围岩的加固，对于锚杆支护机理，不同的学者有不同的认识。常见的锚杆主要有机械式锚杆和树脂锚杆。机械式锚杆和树脂锚杆的锚固能力差别较大，通常树脂锚杆的锚固能力是机械式锚杆的几倍甚至几十倍，因此大多数矿井使用的是树脂锚杆。经过大量现场实践，锚杆支护的有效性和安全性已经被证实。笔者经过多年工作，对锚杆支护的主要作用有以下几点认识：

锚杆支护有加固围岩的作用，在支护时等间距施工锚杆，通过锚杆的预应力在锚杆支护的区域会形成一个压缩性区域，在多排锚杆的作用下会形成有一定厚度的压缩带，这个压缩带能改变巷道周围的应力分布形式，防止围岩出现松动现象；

预应力锚杆对围岩起着很好的悬吊作用，能有效控制破碎岩块下落的问题；

预应力锚杆之间会相互作用形成有一定承载能力的梁，这在一定程度上提高了锚杆支护区域的稳定性；

控制矿山压力显现是锚杆支护的主要任务，具体任务是抑制巷道的变形。采用锚杆支护巷道时，还应该考虑巷道周围的地质条件以及围岩的完整性。对于完整性岩体，采用的锚杆数量较少，支护强度不需要太大；而对于非完整性岩体，除了需要进行锚杆支护外，还应该铺设一定的金属网，还可能需要打锚索。此外，巷道断面对锚杆支护的参数也是有影响的，巷道断面越大，对锚杆强度的要求越高。

3锚杆支护技术的应用

采用锚杆支护技术可以有效控制巷道周围破碎的围岩，提高巷道的稳定性。这主要得益于支护锚杆中使用的树脂，树脂在凝固后可以将锚杆和围岩粘在一起，使围岩和锚杆形成一个系统。锚杆使巷道围岩的应力向深部岩体转移，降低了在巷道周围的应力集中现象。对于软岩巷道，不能单独采用锚杆进行支护，应该采用多种方式进行联合支护。具体的做法如下：

采用锚杆和锚索组成的支护网络对巷道周围岩体进行整体强化，并用组合梁将锚杆连接在一起，以实现对巷道围岩的整体控制。

对巷道进行二次支护，这时要采用柔性支护。由于软岩巷道变形会释放大量的能量，如果采用刚性支护，破碎时造成的危害较大。

为了保证锚杆长期有效，支护完成后应该对锚杆支护的强度进行监测。采用动态监测技术，实时监测锚杆的受力状况，一旦发生异常应该立即采取补救措施，以免对周围的锚杆造成影响。此外，为了避免锚杆托板在使用过程中损坏，对于一些应力集中比较大的区域进行支护时，托板应该进行加厚处理。

4结语

巷道的快速掘进是采矿工程中所要解决的难题，其难点在于如何有效地平衡掘进与支护的关系。掘进的速度可以很快，但很难保证支护的速度和质量。由于矿山压力的存在，如果不对巷道进行有效的支护，很容易出现冒顶事故。由于地质条件的不确定性，巷道的支护和掘进需要根据实际情况进行调整。

参考文献：

［1］段金红.探析采矿工程巷道掘进和支护应用［J］.中国设备工程，2019(11)：224-226.

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