煤矿掘进支护设计与工艺

田原

摘要：锚杆支护是煤矿掘进巷道支护的常用方式，其能在支护设备设施优化配置的基础上，提升巷道支护的稳定性，满足煤矿安全生产需要。本文在阐述煤矿巷道掘进支护必要性的基础上，就煤矿掘进巷道支护设计内容展开分析，同时指出掘进巷道支护工艺应用的具体要点，期望能进一步提升煤矿掘进巷道支护设计质量，进而在支护工艺高效应用的基础上，为煤矿安全生产创造有利条件。

关键词：煤矿;掘进巷道;支护设计;支护工艺

煤炭资源是我国工业生产的重要动力能源，新时期，社会生产中对于煤炭资源的依赖性不断加强，这要求煤矿企业进行生产模式优化，确保煤炭资源的有效供给。煤矿资源开采中，矿井掘进巷道支护是极为重要的一项工作，其不仅关系着井下作业的安全性，而且对于煤炭资源开采效率具有重大影响。基于此，有必要在煤矿生产中进行掘进巷道的支护设计，并加强支护工艺应用管理。

一、煤矿掘进巷道支护的必要性

煤矿掘进巷道支护主要是在掘进过程中为维护顶板安全而采用的保护性手段，其是煤矿井下作业必不可少的一道工艺。生产实践中，进行煤矿掘进巷道支护的必要性体现在以下层面：

其一，在煤炭未经开采前，其与周围的岩层结合在一起，使得地下地层环境处于受力稳定状态，而随着煤炭资源被挖掘，地下环境整体受到破坏，结构稳定性有所下降，容易发生井下塌陷等问题，基于此，有必要做好掘进巷道的支护管理。其二，规范化的开展巷道支护能使得掘进工作面保持稳定状态，保证井下作业人员的安全性。其三，对于煤矿企业而言，进行煤矿掘进支护设计，还能在优化井下生产环境的基础上，提升采煤效率，促进企业经济效益增长和战略目标实现[1]。

二、煤矿掘进巷道支护设计内容

煤矿掘进作业面的环境较为复杂，开展掘进巷道支护设计时，工作人员需要考虑较多的因素，设计过程专业性较强，整体难度较大。就目前而言，锚杆支护是煤矿掘进巷道支护的常用方式，开展掘进巷道锚杆支护设计需考虑锚杆长度、锚杆间排距、锚索加强支护等设计内容。

1、锚杆长度设计

锚杆长度设计是煤矿掘进巷道锚杆支护设计的基本内容，在实际设计中，工作人员需要按照悬吊理论，就锚杆的主要参数进行系统规划。在锚固区域内，锚杆会与周围的岩层组合，并形成组合梁，此时，假设巷道荷载q在该结构上均匀分布，则锚杆的有效长度、锚固区域岩层形成组合拱的厚度可通过下式进行计算：

上式中，k1、k2分别表示了安全系数和蠕变安全系数;通常，K1取值在3～5之间，而k2取值为1.204。就k3而言，该系数由锚固区域内的受锚固力而形成组合梁的岩层数目所决定。此外，B、σt、P0分别表示了巷道跨度、顶板煤层抗拉强度、原岩水平应力分量[2]。

完成上述计算后，累加锚杆外漏长度、锚杆的有效长度或锚固区域岩层形成组合拱的厚度可、锚杆锚固段长度，即可实现锚杆整体长度的有效计算。需注意的是，针对锚杆长度的设计及计算，还行在考虑煤矿基本环境情况的同时，分析锚杆材料情况，进而确保锚杆长度符合矿井巷道支护需要。

2、锚杆间排距设计

锚杆间排距的设计不仅关系着巷道的支护质量，而且对于巷道掘进支护成本及企业生产成本具有较大影响。具体设计中，通常按照等间距、排距的方式及进行设计，该布设体系下，锚杆间排距SC计算方法为：

式中，d、τ、K4分别代表了锚杆敢提直径、杆体抗剪强度、顶板抗剪安全系数。在煤矿生产中，Φ20×2000mm的等强左旋螺纹钢锚杆应用较多，其直径长取20mm，而杆体抗剪强度按原能力的60%计算，此外，要求顶板抗剪安全系数在3～6之间取值[3]。

3、锚索加强支护设计

锚索加强支护是巷道配套支护设计的重要内容，在实际设计中，往往需要按照《工作面掘进地质说明书》所调查的地质资料进行系统分析。就目前而言，施工交岔点及过断层时，锚索加强支护技术的应用较为普遍，在实际设计中，还需考虑锚索深入到较稳定岩层锚固長度、顶板最大破坏深度等因素，此外，应就上托盘索具厚度、外露张拉强度等因素进行系统设计，满足巷道支护设计需要。

三、煤矿掘进巷道支护工艺要点

1、加强锚杆安装管理

锚杆安装是煤矿掘进巷道支护工艺应用的关键所在，在实际安装中，还应注重以下要点：其一，采用钢带配合高强度托盘支护时，要求加强那个蝶形垫片的接顶管理，接顶要严实，同时抗拔力到设计要求。其二，在锚杆外漏长度管理中，要求其长度控制在螺母外10～40mm。其三，锚杆安装时，要求采用锚杆体顶住树脂药卷，然后将其送到孔底。其四，所有的锚杆应拧紧，在锚杆排列安装后，要求锚杆排间距误差不超过±100mm。其五，在进行锚杆支护时，还应注重其与锚索的有效配合。

2、钻眼方法

采用MQT-130/2.8型锚杆钻机为锚索打眼，打眼时要先送水，严禁无水开钻。在打眼过程中，应注重孔深偏差的有效控制。通常，要求锚索孔深偏差保持在0～200mm，锚杆孔深偏差保持在0～50mm，在钻孔直径管理中，要求钻孔直径与杆体杆直径偏差小于10mm。

3、规范前伸侧翻机载的前探操作管理

当掘进机完成截、割、装煤作业后，应将截割头放下，并且使得掘进机开关处于闭锁状态。该过程中，严禁前伸侧翻机载前探下放站人，同时，在当停止升降机载前探后，应立即开展支护施工，严禁在使用支护装置时掘进作业。此外，当完成支护作业需要进行掘进作业时，需操作二位三通阀进行切换作业，继而使得设备切换到掘进所需的油路。

结论

煤矿掘进巷道支护对于煤矿安全生产具有重大影响。生产实践中，工作人员只有充分认识到煤矿掘进巷道支护的必要性，然后深化掘进巷道支护设计，并加大支护工艺的应用，才能有效地提升掘进巷道支护质量，实现煤矿企业生产效益与安全的有效保证。

参考文献：

[1]   申恒涛.煤矿掘进支护设计与工艺[J].名城绘，2018（9）：116.

[2]   李韶杰，张占杰，张恒旭.煤矿巷道掘进工艺及装备的发展分析[J].建筑工程技术与设计，2018（34）：3399.

[3]谭柯.煤矿开采和掘进支护技术[J].煤，2018，27（5）：42-43.