煤矿巷道掘进顶板支护探讨

陈昊

【摘  要】近年来，中国的煤炭工业发展迅速。但煤矿生产过程中的顶板事故频繁仍然是整个行业发展中较为突出的问题。因此，必须加强对煤矿顶板支护技术的开发和优化。只有不断地分析探索总结经验，改进提升掘进施工技术，加强顶板支护管理才能有效防止顶板事故的发生。论文对地下煤矿巷道顶板支护形式进行详细的分析，阐述了可能会造成顶层支护问题的不利因素及技术难点，并提出了有待改进的巷道顶板技术管理措施。

【Abstract】In recent years， China's coal industry has developed rapidly. But the frequent roof accidents in the process of coal mine production is still a more prominent problem in the development of the whole industry. Therefore， it is necessary to strengthen the development and optimization of coal mine roof support technology. Only by continuously analyzing， exploring and summing up experience， improving tunneling construction technology and strengthening roof support management can the occurrence of roof accidents be effectively prevented. This paper makes a detailed analysis of the roof support forms of underground coal mine roadway， expounds the disadvantageous factors and technical difficulties that may cause the problem of roof support， and puts forward the technical management measures of roadway roof that need to be improved.

【關键词】煤矿;巷道掘进;顶板支护

【Keywords】coal mine; roadway excavation; roof support

【中图分类号】TD263                                             【文献标志码】A                                                 【文章编号】1673-1069（2021）08-0191-02

1 井下掘进工作面基本顶板支护技术

锚杆支护技术在我国使用最广泛，在改善煤矿巷道布局和增加煤矿产量方面具有明显的作用和功能。分为塑料锚杆和金属锚杆，其中木锚杆由于支护强度相对较低目前已基本不再使用。成套金属锚杆由螺栓主体，托盘，锚固剂，钢带和网状螺组成。对岩石施加的作用力能提升巷道周边岩体的整体强度，对抗因采矿中影响对巷道产生的拉力，避免周围的岩石出现裂缝，或影响整体的稳定性。对抵抗巷道应力变化和防止变形发挥了积极的作用。如下图1为锚杆支护的煤矿巷道示意图。

锚杆的作用原理来自组合拱原理，该原理认为，当将预应力锚杆插入拱形道路围岩的断裂区域时，当锚固时会出现压力应力的圆锥形分布。施工在巷道周围的锚杆空间足够小，那么每个杆体间的压应力将互锁，从而使道路周围的岩层形成一个连续的结合区（弧）。正如拱顶主体起到加强支撑外部压力的岩层的作用一样，该连接拱可以承受上部岩石的径向载荷。锚杆支护的优点是利用锚杆和围岩共同作用，形成一条完整，稳定的岩带，并通过围岩内部的锚杆改变围岩的机械状态，保持巷道的稳定性。锚杆不仅具有良好的支撑效果，而且还节省了材料，它结构简单，适合机械化作业，施工快捷。但是，锚杆不能覆盖围岩以防止围岩的侵蚀。锚杆之间的裂纹不能防止岩石剥落。

锚索支护方式是一种使用锚索、金属网和钢带进行拼接支撑的支撑方法，该支护方式通常与锚杆技术配合使用，是煤矿井下掘进支护巷道中使用比较多，并且施工技术也越来越成熟。施工完成后被混凝土覆盖后完全隐蔽，造形安全美观，因此，如果要推广和实施这种支撑技术，应注意并做好以下工作：一是做好地质报告工作。二是做重点分析巷道板的性质，依照岩体的稳定性和岩石的破碎程度，合理计算参数。当围岩比较坚固时，可以每间隔两排锚杆补打一排（两根）锚索。如果巷道围岩岩性差不稳定，可以间隔一排锚杆用2-1-2方法补打锚索，保证支护对顶板有足够的抓力。三是做好现场的指导和监督。四是抓好质量标准化。五是做好矿山压力监测工作。工作面采动因素对掘进巷道的支护形式会产生重要影响，要根据一次二次采动情况，合理的对围岩进行必要的加固措施联合支护，像采煤工作推进几十米后的第一次大规模的岩石城落时，必须对临近掘进工作面进行加固处理，防止巨大的应力波动造成掘进工作面的巷道变形影响施工。六是在特定区域合理使用支护形式。它的优点是可以承受更大的压力。巷道起到非常好的支护效果。施工前要对巷道的地质构造充分了解，重点分析岩石性质及承重能力。这样才有效发挥其作用，利用深层次的支护体系紧固围岩形成一个整体，从而提高支撑效果的完整性，并可以最大程度的增加岩体的承载能力;连续表面之间的抗剪强度提高了围岩的整体效果。根据巷道坚硬程度，分为两帮稳定和楔形破坏情况，建立顶板支护力学模型如图2所示。

2 影响煤矿顶板支护稳定性因素

2.1 围岩状况是影响煤矿巷道稳定性的重要因素，也会给巷道的支护带来一定的困难

在开挖巷道的过程中，围岩是非常重要的影响因素。尽管围岩可以在一定程度上起到辅助作用，但是它可能在巷道掘进施工过程中引起围岩应力变化，从而导致巷道总体位置发生偏差变形。如果裂隙水源，则会加速围岩软化，严重影响巷道的受力平衡。地质结构也是煤矿巷道施工中要考虑的因素。如煤矿岩石的硬度，节理和床层的发育，顶板稳定性等。 分析危险因素，让井下掘进工作面可以在保证安全的前提下进行作业。当掘进面的围岩非常稳定时，经过技术管理人员现场分析，在满足安全条件的前提下可以简化支护形式，对于地质复杂的断面，必须仔细分析每个影响因素，以避免不利的施工影响。

2.2 掘进施工工艺

在一般情況下，煤矿巷道的施工将采取同时掘进和支护的形式。当前，钻爆法主要用于煤矿的掘进中，在一些难以掘进的地方使用机械设备进行爆破。爆炸性冲击波和振动将不利地影响巷道的稳定性，并且还将引起巷道的应力状态的改变。 如果不采用有效的辅助技术，并根据实际情况进行施工，就会发生应力失衡引起落矸的情况，严重损害巷道安全施工。

3 提高煤矿巷道支护技术的措施

3.1 优化施工方案

①在支护巷道顶板时，应根据巷道周围岩石的地下地质结构和力学性能，采用适当的支护方法。特别是必须详细做好重要掘进工作面的安全保护工作，必须通过先进的安全控制技术确保整个工作面的安全。

②设计和施工工艺必须完善。在工作面掘进过程中，为避免支护工作设计施工时出问题，制定相应的技术措施，详细说明工作面的支护形式、数量和方法，及时开展技术交底工作，鼓励井下施工人员自查互查，保证支护措施有足够的支撑能力，确保巷道安全。

3.2 应加强安全管理

在煤矿井下巷道掘进过程中，巷道支护受各种外部条件影响，容易产生塌方问题。需要采取严格的管理措施，以加强对技术安全的监督管理。一是必须建立和发展一种安全控制和管理机制，为支护过程的安全性和效率提供制度性保证。质量控制和检查机制是必不可少的重要组成部分。井下人员在工作中必须严格遵守各种制度，以确保及时发现问题并及时进行处理，确保井下安全的施工环境。二根据现场情况，综合考虑，科学使用安全可行的支护形式，优化支护效果。三是严格对施工技术人员进行培训。专业的操作能力和对施工人员素质的全面了解会对施工质量有良好的促进作用。要建立一支高技术施工管理队伍，增强相关人员的安全自我保护意识，加快支护效率和可行性。

3.3 预留煤柱技术

它是一种非常重要的传统支护形式。它的成本通常较高。在上区段回风巷留出一定宽度的碳柱，以确保回风巷道的顶部区域有足够的压力支撑。单独的碳柱的支撑技术相对简单，这对通风和排水很有用。不利的一面是支撑技术相对昂贵，煤柱造成的过多损失增加了道路维护的难度。压力传到巷道底部，会直接影响邻巷道的岩性稳定，并对相邻煤层的开采安全构成一定的威胁。可能会在围岩臂中造成安全隐患。为了保证施工安全快速进行，要采取措施减少煤层冲击地压的影响。通过科学计算留有一定尺寸的煤柱，并加强对煤柱巷道的日常压力监测和管理。

3.4 改进支护技术

确保对顶板有足够支撑的承载能力。掘进巷道时必须及时进行支撑，该过程需要改进适用的支撑结构，确定支护材料的完整可行性。

3.5 引入新的技术和工艺

选择科学先进的掘进巷道方法和技术，综合评估各种因素，使用新技术和施工方法，不断提高机械化自动化操作能力，减轻井下施工人员的施工强度，提高工作效率。

4 结语

煤矿井下巷道支护是保障整个矿山生产系统中最重要的组成部分之一。施工中，要根据掘进现场的围岩稳定情况选择合适的支护类型。当前，我国最常用的支护技术主要是刚性，可伸缩和预制支撑。为了保护煤矿正常生产为井下作业人员创造良好的工作环境，需要对巷道支护技术进行大量研究和讨论以改善煤矿的发展。

【参考文献】

【1】薛永军.煤矿巷道掘进顶板支护分析[J].西部探矿工程，2020，32（04）：161-162+165.