煤矿掘进支护问题及应对方法分析

周博

摘 要：支护技术在煤矿巷道掘进中起着关键性作用，文章首先介绍了煤矿巷道的当前发展趋势，以及支护技术的发展，然后阐述了两种常用的方法，最后分析了煤矿支护成套技术的应用。

关键词：煤矿掘进支护；锚杆支护

中图分类号：TD236 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）11-0176-01

煤炭是我国的主要能源，随着经济的发展，生活生产对煤炭的需求量大幅增长。煤矿开采也就显得尤为重要，国内露天煤矿资源有限，且已基本开采完。地下开采成了当前和以后的主流方向。煤矿形成区的地质条件较差，矿井作业难度较大，在实际开采掘进中常会有坍塌事故发生，影响开采量，而且对作业人员的生命安全构成严重威胁。矿井开采需要挖掘巷道，为提高运行效率和开采的安全性，必须做好掘进支护工作，保证巷道的畅通稳定，为作业人员提供一个良好安全的开采环境。

1 煤矿掘进支护现状

1.1 煤矿巷道

国内80%的煤矿都位于地下，开采时需挖掘特定的通道，用以通风排水、煤炭运输，即为巷道。而礦井条件较为恶劣，易发生巷道坍塌事故。为此，必须保证巷道的安全。随着煤矿开采的深入，巷道布置呈现出新的发展方向：

①就层位来讲，为加快掘进速度、缩短工程周期，永久性巷道逐渐实现了岩巷到煤巷的过渡。尤其是放顶煤开采技术的发展普及，使回采巷道从以前的岩石顶板巷道向煤层顶板巷道方向迈进；

②就回采巷道数量来讲，由于矿井规模扩大，大型矿井数量增加，为满足其通风和运输要求，单巷布置越来越少，多巷布置越来越多；

③就巷道断面形状来讲，为充分利用断面，并提高掘进速度，传统的拱形断面逐渐减少，矩形断面日益增加，在提高煤矿开采效率和质量方面发挥着积极作用。而且巷道的断面越来越大，大型采掘设备能够将作用发挥到最大；

④就巷道赋存条件来讲，巷道不断向深处发展，使得地质条件越来越复杂。

从以上发展趋势可看出，巷道潜在的风险愈发突出，掘进支护难度更大。这就要求必须对掘进支护技术加以改进创新，适应各种高难度矿井开采，维护巷道的稳固。

1.2 煤矿巷道掘进支护

巷道支护是地下煤矿安全开采的关键，在长期发展中，支护技术不断更新改进，支护材料也由最初的木材、砌碹、型钢演变至当前的锚杆支护。国内的锚杆支护技术开始于20世纪50年代，当时以钢丝绳砂浆锚杆、机械锚固锚杆、快硬水泥锚杆等为主，它们均属于被动支护，强度和硬度较低，若地质较为简单，这些技术非常适用。可一旦地质变得复杂，这些技术很难起到实际作用。经不断探索，并引进国外先进技术，高强度的锚杆支护渐渐流行，得到了广泛应用。随着开采难度的加大，强力锚杆和高预应力锚杆支护技术被研发出来，实现了主动支护，更加注重完整的支护体系。

锚杆支护在当前煤矿巷道中应用最为广泛，通过提高岩体强度和粘聚力，可有效解决巷道围岩张裂、滑移的问题。同时，在开采中还逐渐形成了“三高一低”的支护理念，对支护的刚度、强度、可靠性以及支护密度尤为重视，使得掘进效率大幅提升。国内多数煤矿都采用的是锚杆支护技术，并形成了一套系统化的锚杆支护成套技术，同时制定了相应的技术标准和制度，以推动该技术进一步发展。

2 煤矿掘进支护中的问题及应对方法

除了上面分析的因巷道改进加大了支护难度，在煤矿掘进支护中，还存在有一些问题，如支护设备质量缺陷，更新不及时，机械化程度较低等。所以在实际开采中，应充分认识到支护的重大意义，并采取相应的解决措施。

2.1 吊环式前探梁的应用

临时支护选择3根吊挂前探支架，采用π型钢材制作前探梁，长度至少为3 m，并用吊环将其加以固定。在这3根支架中，沿巷道中线设置一根，在距中线前探梁约1m处布置两侧的前探梁。为保持前探梁的稳定，每一根至少要设置两个固定点。另外，前探梁与迎头端面的距离应控制在0.35 m以内，并在梁上方使用专用的木楔、方木等；超前支护与两帮端面的距离同样应控制在0.35 m以内，且梁的强度应和吊环相匹配。必须确保吊环都是牢固地安装在锚杆上，锚杆有60 mm的丝扣，防止出现吊环松动的现象。

2.2 吊链式前探梁的应用

同样是选择3根吊挂前探支架作为临时支护，并选择π型钢作前探梁的制作材料，至少长3 m，然后用吊链加以固定。该技术与上一技术类似，不同的是两侧前探梁可布置在离中线前探梁1.2 m处。架设前的准备工作包括敲帮问顶，将浮矸活石进行彻底清理，而后节能型前探梁的搭设工作。另外，为降低安全隐患，开采工作和所有作业的实时都必须在有支护的环境中开展。

3 锚杆支护成套技术在煤矿掘进中的实际应用

该技术灵活型好、容易操作，设备装置较少，加上其属于主动支护，在质量上有良好的保证，可提高围岩强度，保证巷道的畅通。此外，其还具有节约环保的功能，成本相对较低。值得推广应用。

3.1 锚杆支护的材料

选择何种材料是锚杆支护发挥其作用的前提，材料优劣与支护结果有关，传统的支护材料强度较低，逐渐发展成为高强度以及高预应力。在过去的煤矿作业中，经常会使用普通的Q235圆钢黏结式锚杆，当前在少数矿区依旧有所应用。然而，现代煤矿开采条件越来越复杂，以往的材料难以满足新的要求，因此研制出许多新型材料的锚杆。如高强度螺纹钢锚杆支护系列材料。通过杆结构与形式优化，可使锚固效果有明显的提升；开发锚杆专用钢材，可达到高强度和超高强度的级别。在预应力锚索支护方面，目前已生产出专用于煤矿开采的大直径、高吨位锚索，其直径最大有22 mm，能够拉断重600 kN。

3.2 锚固与注浆联合加固技术

在松散破碎的煤岩体中挖掘巷道，如果只采用锚杆支护技术，可能达不到理想效果。在新建或维修损坏的巷道时，仅使用锚杆支护技术同样会影响到支护效果。因此，在实际工作时，应与其他技术相结合，如注浆技术等。结合巷道特点，开发出不同形式的注浆锚杆，在破碎煤岩体中，还引进研制出钻锚注加固技术，解决了难成孔的破碎煤岩体加固难题。在小孔径树脂锚索的基础上，研制出树脂与注浆联合锚固锚索。通过对注浆参数的控制，可起到加固的目的。水泥基材料是常用的主将材料，因围岩条件复杂多样，另外还有各种类型的化学加固材料，包括聚氨酯、脲醛树脂等。

4 结 语

在经济的推动下，我国煤炭采矿事业取得了很大进步，同时却也愈来愈复杂化，如巷道掘进深度更深等。巷道是地下采煤中的重要组成部分，直接关系着开采效率和作业人员的安全，为实现巷道的安全畅通无阻，有必要引进先进的支护技术来不断完善。

参考文献：

[1] 苏东怀.探讨煤矿掘进支护中存在的问题及应对措施[J].科技风，2014，（1）.

[2] 郭世杰.煤矿掘进支护应用探讨[J].科技创新导报，2012，（15）.

[3] 张秋林.煤矿掘进支护的应用探析[J].山西煤炭，2013，（4）.