复杂地质条件下巷道顶板支护技术分析

冯 刚

(霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司木瓜煤矿，山西 霍州 033102)

0 引言

据统计，我国井工开采煤矿占到80%左右，开采作业必须以巷道掘进为基础，巷道不仅是工作通道，也是工作人员的进出通道以及各种物资的运输通道，更是提供氧气、排出有毒有害气体的通道，因此，巷道支护工作十分重要。文中通过分析影响煤矿巷道支护的地质条件、支护方式以及复杂地质环境下的改进措施，并在某煤矿得到了成功应用，为工程实际中的巷道顶板支护提供了参考。

1 巷道支护影响因素与掘进技术

1.1 巷道支护影响因素分析

煤矿地质条件复杂，异常现象众多，对在此条件下进行的开采活动造成了很大的困难，对开采活动也提出了更高的安全需求、技术需求与管理需求，也是对开采技术的重要考验。为了能够顺利完成复杂地质条件下的生产活动，首先必须分析影响煤矿巷道支护的主要影响因素。

由于长期不断的地质构造运动，使得煤矿所在地区的地下岩层已经遭到了严重破坏，出现了围岩碎裂、节理发育等现象，最终造成在煤炭资源的开采过程中岩层的压力增大、裂纹增多的现象，使得围岩顶板的压力不断增加。

由于地质条件的变化，会使巷道围岩强度变小。在地质构造带附近掘进的巷道围岩强度小、尤其是当所在地区地下水丰富情况下，围岩可能出现软化现象，给支护工作造成了极大困难。随着掘进长度的变化，围岩应力重构会进一步加剧围岩本身的不稳定性，使得巷道围岩的强度进一步降低。

由于目前部分巷道采用的是开放式支护体结构，在此情况下，当巷道顶帮压力增加时，底板围岩可能会存在应力集中的问题，软岩地板会出现底鼓等现象，从而造成轨道铺设困难，最终给支护过程的进行带来障碍。

1.2 掘进技术

掘进工艺：一般分为综掘机掘进和普通掘进两种。在选择何种掘进工艺时，主要的参考依据是巷道的长度，两者存在一个互相取代的临界点。与此同时，综掘机与普通掘进设备的相关参数也决定着巷道的长度。一般情况下，普通掘进适用于300 m以内的工作面，而综掘机适用于300 m以上的工作面，这种分类方法可以最大限度地发挥两种设备各自的特点。

综掘机类型的选定：在选择综掘机类型时需考虑各种因素，主要有体积、紧凑性、适用与截割强度、效率、可维护性等等，如果没有按照科学、合理的原则对综掘机类型进行确定，就有可能导致最终选择的综掘机不能适应所在煤矿的地质条件，降低工作效率。

综掘机截齿的选择：在进行综掘机截齿的选择时，首先要考虑的是截齿的耐磨程度。高耐磨性不但可以提高工作速度，还可以尽可能地减小截齿的磨损。另外，当综掘机工作区域的岩石比较坚硬，尤其是其硬度已经超过了截齿耐磨程度时，这时候要考虑首先对岩石进行爆破松动处理，然后再采取综掘机进行切割作业。但是在爆破过程中，需要采取对应的安全保护措施，防止爆破对设备及人员造成伤害。

1.3 复杂地质条件下的煤矿掘进支护技术的改进

在复杂地质中进行开采作业时，要有针对性地对相关部位进行加固，避免巷道因为外力的作用发生变形，从而影响开采工作的顺利进行以及人员、设备的安全。首先针对地压大以及存在大断面的情况，可以通过安装缓压设施进行，并根据断面情况来对其进行一定的修补工作，最终目的是降低地压以及断面对开采工作的影响。其次，应在矿井中安装通风设备，它可以用来保持矿井的干燥性，这点在复杂地质条件下显得尤为重要，因为很多巷道的坍塌就是由于潮湿引起的。最后还应该在矿井中安装排水系统，原因与安装通风设备类似，主要是将矿井中的积水排空，减少矿井的潮湿程度。

针对不同地质环境，采用不同开采设备的矿井进行有针对性的设备选型，选择的设备不但要满足顶板支护设备的要求，同时要满足矿井中通道的要求，最终使得开采工作顺利进行。

2 支护案例分析

2.1 地质条件

某煤矿地质构造总体为一复式宽缓构造，所处区域存在16条大、中型断层，其中落差大于50 m的有11条。7204运输巷的上下限标高分别为-545.4 m与-593.2 m，为典型的不稳定复合顶板。切眼南面为7203工作面的采空区，采空区有10 m煤柱，老顶已经垮落。北面是7025工作面，无特大的构造，对本巷道施工基本没有影响。东面有1个断层，西面为较薄的地质构造带。为了对7402工作面进行快速过断层以及支护支架的安装，对其进行了副巷施工。此巷道在7402运输巷C5导线点以东10 m位置开口，然后垂直于运输巷向南进行施工60 m，然后向东调向900施工185 m，再向南调向900施工85 m，最后与7402轨道巷达到贯通效果，满足通道要求。

2.2 支护方案

选用高度为5.7 m的充填综采液压支架，所以切眼的净宽度要大于16 m，采用80液压泵站，选用单体液压支柱配合架棚、锚带网与锚索的联合支护方式，如图1所示。

图1 7204切眼的支护断面

在支护方案中，锚带网可以和围岩组成锚岩支护，对顶板挤压、加固，起到组合梁的效果，锚索固定在岩石顶板中，对上述锚带网和围岩组成组合梁进行悬吊，防止其外移，单体液压支护属于主动支护，初撑力大，可以继续增加锚带网和围岩组成组合梁的稳定性。

2.3 支护效果

通过采取上述的单体液压支柱配合架棚、锚带网与锚索的联合支护方式，在掘进中，顶底板的相对位移量是0.110 5 m，顶板在6 m深存在0.011 5 m的岩层离层量，满足相关标准。并且在整个支护支架安装与回采过程中，未发生过冒顶、顶板离层、下垂等各种事故。与此同时，巷道始终保持在6 m以上的宽度，保证了整个煤炭开采的顺利进行。

3 结语

通过分析巷道支护的影响因素、支护技术的关键应用以及复杂地质环境下的改进措施，最后以某煤矿为例，采取联合支护方案，使得在整个支护支架安装与回采过程中，没有发生过冒顶、顶板离层等各种事故，确保了巷道断面满足要求，保证了整个煤炭开采的顺利进行，为工程实践中的顶板支护作业提供了参考。