煤矿开采掘进中高强支护技术的应用

王琨

摘  要：巷道支护是煤矿采掘安全保障的重要技术手段，在采掘进入深矿井开采时代以后，井下地应力增大、岩土结构复杂等因素的存在，给巷道支护设计以及技术应用提出了严峻挑战。高强支护是伴随现代煤矿业快速发展而诞生的支护技术，高强支护技术的应用，从根本上解决了传统支护技术不能适应深矿井作业的弊病，为矿山安全生产提供了更加稳定的保障。本文重点对高强支护技术的应用进行探讨，结合实例分析高强支护的应用价值。

关键词：煤矿采掘;高强支护;应用

分类号：TU50

引言

煤炭资源是现代能源体系中的重要组成，市场对煤炭资源需求量的增加，带动了煤矿采掘工艺的改良以及机械化采掘的发展。采掘技术的改进，以及机械化、自动化采掘设备的应用，大幅提升了煤炭资源的采掘效率。与此同时，表浅煤炭资源基本开采完毕，加大开采深度，向深矿井开采发展，成为煤矿企业发展的必然选择。支护技术的有效应用，是安全生产的关键所在，煤矿采掘向深矿井发展，必然会带来支护技术层面的挑战。

一、高强支护技术

高强支护一般指利用锚杆、钢丝网等组装形成的支护设备。在矿井采掘工作中，井下复杂的地质结构，以及采空区积水等问题，可能直接威胁井下人员的生命安全。支护技术旨在维持周围岩土的稳定性，既往巷道支护一般采用单一锚杆支护、锚轩全背竹笆等技术，但此类技术具有强度小、易腐朽等问题，支护效果有限，尤其是在采掘深度增加的情况下，传统支护技术很难起到有效支护。以提供安全的井下作业环境为目标，矿井支护有时会选择采用多种支护结构，形成强度较高的支护设备[1]。从实际应用效果来看，高强支护在巷道顶板变形、松动等情况下也能够维持巷道的稳定性与载荷能力，大幅降低巷道变形、坍塌风险。因此，在现代煤矿采掘中，高强支护技术的安全性能突出。

二、高强支护技术在煤矿采掘中的应用

1.掘进支护

在矿井掘进阶段，高强支护通常采用悬吊原理，依次完成以下参数的设计：（1）锚杆的长度与直径;（2）锚杆的锚固力以及承载力;（3）锚杆的稳定性;（4）锚杆的间排距与其他参数。以确保支护结构能够达到设计要求为审核标准，在完成准备工作以后，作业人员即可按照设计方案进行高强支护施工，降低掘进过程的垂向应力，为后续掘进工作提供安全环境。具体到掘进作业，掘进巷道周围的地质条件、掘进方案等都可能影响支护效果，在确定技术方案时，设计人员需要密切联系围岩结构、煤层结构的实际情况，确定支护材料以及关键参数。在巷道加固方面，除了关注高强支护的联用，还需要合理选择计算方法，根据计算结果以及掘进的实际情况制定巷道、顶板加固支护方案。

2.软岩巷道支护

软岩巷道是比较特殊的巷道类型，稳定性差、围岩节理裂隙等都会增加采掘风险，甚至成为采掘事故的直接原因。对软岩巷道进行高强支护施工，是提升结构安全性的常用手段[2]。从既往软岩巷道施工发生的事故来看，在支护施工存在缺陷的情况下，软岩巷道发生变形、透水以及冒顶等现象的概率相对较高，制定、实施高强支护方案，必须围绕软岩巷道结构的实际情况，以提升结构稳定性、维持巷道安全为主要目的，合理设计巷道支护方案，并督促井下人员严格按照支护方案，及时进行巷道支护施工。需要注意的是，在设计阶段，应从设备的质量、性能以及稳固程度等多个方面入手，对顶板支护的实际效果进行评价;在施工以及后续使用过程中，应当对支护状态进行定期检修，一旦发现问题，需要及时组织技术人员对设备故障或者支护问题进行调查、分析，制定加固方案，维持软岩巷道的稳定性。从岩石性质分析，围岩容易出现破碎的原因主要有紧贴在矿体的矽卡岩岩性松软，容易出现风化的现象;矽卡岩强度低，厚度大，如果采用支护的锚固强度不高，锚杆长度不够，就不能很好的使锚杆穿透到矽卡岩内部，形成有效的支护作用。因此在针对这种围岩的支护方式上，一般采用超前锚杆、锚网喷、U型支架加底梁相结合的支护方式，能够很好的对围岩进行有效的支护作用。同时这种支护方式也能够很好的将锚杆深入到围岩的内部，对松散的矽卡岩进行支撑，防止出现松动的情况。

3.深部巷道支护

在深矿井采掘时代，深部巷道支护是一项技术难关。与既往支护巷道不同，深部巷道具有以下特征：（1）地质结构相对复杂，围岩结构的稳定性分析面临更多不确定性;（2）采掘作业以及支护施工的空间狭窄，且多属于封閉空间[3];（3）围岩结构出现松动、变形的频率较高，整体呈现出不稳定性。在此种状态下，一旦高强支护方案的支护效果不理想，导致煤层挤压、冲击地压等问题出现，深部巷道的作业环境将进一步恶化，甚至给后续施工带来严重阻碍。以解决深部巷道支护问题、控制围岩的松动与变形等为目标，业内人员在现有支护技术的基础上探索超高强度支护，并提出了以高强喷射混凝土等为代表的支护技术。例如，在深部围岩设计加固拱结构，经试验验证，该技术对围岩结构的稳定性有明显的改善作用，同时还能有效防范顶板松动、变形问题，为深部巷道提供可靠支护。

相较于一般的高强支护技术，高强喷射混凝土技术对深部巷道的顶板有良好的支护效果，能够有效抵御围岩松动带来的不良影响，保持巷道的安全状态。目前，高强喷射混凝土有湿式、潮式两种工艺。潮式工艺如下：（1）按照配合比掺入一定量的水泥、骨料，混合搅拌，搅拌过程中根据实际情况加入适量水进行润湿;（2）利用压缩空气推送，期间加入适量的水与速凝剂（严格控制比例）。湿式工艺如下：（1）将水泥、骨料与足量的水进行混合，（2）利用压缩空气推送，同时配入速凝剂（控制比例，并进行搅拌）。两种工艺的主要差别在于水的掺入时机，从实际效果来看，混凝土喷射能够有效改善深部巷道的安全性，维持岩土结构的承载力。

三、结语

高强支护是煤矿采掘领域广泛使用的支护技术，相较于传统支护手段，高强支护有一定的优越性与先进性，尤其是多项技术的联用，不仅促进了煤矿采掘效率的提升，还减少了围岩结构复杂性等对井下人员的安全威胁。在深矿井开采领域，高强支护施工，以及超高强支护的应用，将切实改善深部巷道掘进的作业环境，为井下作业提供稳定保障。

参考文献

[1] 樊晓光. 煤矿开采掘进中高强支护技术的运用研究[J]. 中国石油和化工标准与质量， 2020， v.40;No.509（03）：229-230.

[2] 畅胜. 煤矿开采掘进中高强支护技术的应用[J]. 电子技术， 2020， v.49;No.521（04）：154-155.

[3] 黄琰. 煤矿开采掘进中高强支护技术的应用[J]. 能源与节能， 2020， （003）： 180-181.

2098500520328