煤矿井下巷道支护方式及架设金属棚支护技术

杨家旺

摘 要：在煤矿掘进的过程中，由于地质条件被破坏，导致围岩的原岩应力发生了改变而重新分布。掘进空间的上部岩体应力转移到煤壁上方，因此煤壁上方的应力相应的增加了，重新分布的应力高于原岩应力，这种应力就是支承压力，要确保煤矿开采的效率和安全性，采用恰当的煤矿巷道支护技术是非常必要的。

关键词：煤矿开采；井下巷道；煤矿支护

对于煤矿企业来说，煤矿巷道掘进是一项复杂的工作，安全影响因素众多，在具体作业当中，不仅需要根据煤矿地质条件控制掘进速度，还要恰当的选择作业设备和作业技术对井下巷道进行有效支护，才能最大程度保证作业安全性和质量。

1 巷道支护方式简介

根据巷道支护技术的原理，可以将巷道支护技术分为主动支护和被动支护。其中主动支护主要使用支架，也就是采用人工加固的方法对岩体进行加强，利用围岩自身的应力来提高巷道整体强度的支护方式，主要技术有喷射混凝土支护、锚杆支护、锚网支护和喷浆支护等。根据支护时间长短，可以将支护技术分为永久支护和临时支护；被动支护也就是直接对岩体进行支撑的支护技术，主要技术方式是石材整体式支架，也就是使用钢筋混凝土、混凝土或者料石，砌筑整体连续式的支架，常见的支架形状有拱墙、半圆拱和三心拱等。水平巷道和倾斜巷道由于地质条件不同，对于支架也有不同的要求。倾斜巷道由于巷道存在倾角，巷道顶板和重力方向不是垂直的，因此应力可以分解成与巷道顶板平行的力和与巷道顶板垂直的力，与巷道顶板平行的力就是方向向下的推力，支护的作用就是减弱或者消除方向向下的推力，因此支架与巷道顶板垂线之间应该有一定的夹角，这个夹角就是迎山角。

2 几种煤矿井下巷道支护技术分析

2.1 锚杆支护技术

锚索和锚杆联合支护是近年来应用较为广泛的支护方式之一，通过连接钢体、金属架构网和工型钢架体，来实现对煤矿巷道的组合支护，选择合适参数的锚杆，并对支护结构进行优化设置，能够为煤矿井下巷道提供成本更加低廉、质量较可靠的支护方式。传统支护方式是被动受力，而锚索和锚杆组合支护则是主动提供力支撑结构的支护技术，将支护结构和围岩进行良好的配合，从而实现将承载力合理的分配到支护各个部位的目的。

锚杆支护技术施工的具体方式为：首先，使用钻具打出锚杆眼，将前探梁升起形成撑起结构，将钢架结构撑起在前探梁结构内，使用相应的工具清除前探梁支撑结构内的杂物，确保作业不受到杂物影响。将结构固定好后对锚杆进行打眼，需要逐个进行，打眼完成后，将钢体架放置在工作面内，按照距离逐个设置钢架支护，一直到作业完毕；然后进行锚杆安装作业，将地锚杆安装在已经打好的眼内，将碎煤屑清理干净，锚杆固定好后，使用钻具搅拌树脂，时间为0.5～1min，树脂凝固后将钻具取出，在15min内安装好托板和螺丝，托板必须和围岩紧密贴合；锚杆和锚网之间应该有10cm左右的间距，并且锚杆方向和煤层方向应该是垂直的，锚杆和顶板之间的角度要大于75°，对于不符合螺纹外露标准的螺丝要重新安装。在煤矿井下巷道中，锚网支护每300根要进行一组锚杆拉力抽测，每组9根，抽测时要做好标记；最后，要安装钢架支护结构，钢架结构和支撑结构的高度不应小于260mm，使用缆线卡环来固定缆线，安装完钢结构要测试是否符合标准，如果符合则继续安装缆线，分段施工，每一段施工完成后要固定钢架和缆线为主，确保钢架之间的距离要大于10m并且不能出现倾斜现象。

2.2 其他支护技术

（1）锚索支护技术，这种技术的优点是能够有效控制锚杆，控制非锚固岩层的变形现象，当煤矿井下巷道出现支护困难和低压大的问题时，也可以利用锚网索支护技术，这种技术的优点之一就是能够减少瓦斯聚集在巷道中，大大减少了煤矿掘进施工人员受到的安全威胁，锚索深入在稳固的老顶，利用其悬吊作用，大大增加了锚网巷道的安全系数，是深部复杂煤层优先选择支护方式之一。（2）煤矿井下巷道在第一次掘进后，往往会出现变形和位移等现象，因此对于初次掘进后的支护技术要慎重选择，初次掘进后一般选择柔性支护结构，随着掘进的不断进行，用刚性支护结构来进行支护，这样能够有效减少巷道掘进过程中出现的变形和位移问题。（3）相对于其他煤矿井下巷道支护技术，最佳支护方式是围岩和支护体结合的方式，这种支护技术在巷道薄弱处能够发挥优良的作用，能够最大化发挥围岩的自承能力，让围岩的支护力降到最低，在巷道掘进中，首先要对围岩进行锚网支护，确定最佳支护时间后，在围岩的薄弱处进行预应力锚索施工，这种支护方式能够充分发挥刚性锚杆的支护作用。

3 架设金属棚支护技术

3.1 架设金属棚的技术要点

首先，测量人员要划定腰线和中线，用小线引一条中线将架设金属棚的地段，将腰线引到两边并做好记号。然后根据中线找到柱窝的位置，按照腰线挖掘柱窝，确保柱窝的深度满足需求，将腰线的位置在立柱上标记处理，并将立柱放在柱窝内，确保帮上的记号和腰线记号一样，用线固定好立柱，确保立柱垂直。在梁上标记中线位置时，采用人工上梁的方式，作业人员至少有4人，在作业当中确保稳定性，将顶梁架到立柱上，梁柱之间应该紧密结合。

3.2 架设金属棚应该注意的问题

相关作业人员对巷道的支护作业流程和标准必须有全面的了解，在架设支护前要准备好工具，检查工具是否符合作业需求；如果巷道压力较大，支架出现断梁问题，要将损坏的柱体进行加固，修补金属棚，在修理时金属棚内不能有施工人员。

4 结语

综上，在煤矿井下施工中，要根据具体情况采用恰当的支护方式，才能切实提高施工质量和施工效率，确保施工安全性。

参考文献

[1]张金贵.候村煤矿井下巷道支护研究[J].煤，2015，（12）：35.

[2]张东明.高应力软岩下矿井巷道支护[J].重庆大学学报，2007，（10）：107.

[3]关显华.煤矿巷道支护专家系统应用研究[J].现代矿业，2014，（6）：80.

（作者单位：开滦能源化工股份有限公司范各庄矿业分公司）