浅谈煤矿掘进巷道的顶板支护技术

刘名扬 刘猛

摘 要：伴随中国经济以及科技的不断进步和发展，地下煤矿业也得到了蓬勃发展，地下隧道掘进技术属于是和煤矿安全生产以及经济效益相关的关键技术，这一技术也得到了很大关注。地下隧道的掘进技术相当复杂，技术人员必须使用适当和科学的建设技术及建设设备，同时依照地面的具体情况调整进度，并组织最适当的掘进进度。更有必要进一步的研究其管控技术，并根据对地下掘进隧道的支持形式研究具体案例，这将对整体煤炭工业的发展起到有重要影响。

关键词：煤矿井下巷道;掘进顶板;支护技术

引言

在地下煤矿隧道的运营中，若没有顶板支护，隧道周围的岩石就会发生一些问题，这将会带来不必要的质量及安全问题，严重的影响到地下煤矿隧道的掘进速度。所以，专业人员应采用优质的顶板支护技术，使用有效的支护材料，有效地准备小型机械设备，科学的组织建设人员，以提高煤矿巷道开挖的顶板支护技术的运用水平。

1煤层巷道施工特点

在过去的15年中，采矿业和支持系统出现了重大变化。吊顶被当作主要的支撑系统。多年来，中国煤矿的关键支撑系统一直是钢结构或拱形支撑。但是，自1990年代初期引入摇臂系统后，摇臂系统就已成为煤矿的关键支撑系统，并且降低了煤矿事故。最初就是通过实施实践准则，对系统进行监视，之后引入简单且易于使用的网络系统来创建的。这一系统已被证实为十分成功的，并且已被引进至方钢机组支持的煤矿中。当前，工作组正在研究由钢拱支撑的大型道路支架，以设计这类的网格系统。（1）在煤层或岩层掘进过程中，必须通过煤层巷道掘进隧道。在这一阶段中，就很可能被瓦斯爆炸所威胁。因此，在隧道掘进阶段中，就有必要通过预防手段预防瓦斯爆炸，并进行先进的水勘探，以消除积水的风险。（2）掘进机通常用于开挖道路。因为岩石及煤层的强度，为保证道路顶板的稳定程度并消除挡块动压的影响，就必须对顶板展开支撑。选择支撑技术时，就必须考量地面压力和支撑设备的具体寿命。（3）因为煤层的褶皱和起伏以及破裂的存在，在掘进之前，就必须依照矿井的生产要求精准的确定巷道的方向和掘进速度。

2巷道掘进与支护影响因素分析

2.1施工工艺

在煤矿隧道的开挖阶段中，传统的隧道开挖施工主要是基于钻爆法，并利用锚杆和喷射混凝土支护技术来进行隧道支护。这一传统的建设技术不光开挖速度较慢，而且平均施工质量也很低。另外，当在巷道开挖施工中使用钻爆方法时，就将容易发生对载荷和爆破孔的位置的控制不充分，从而出现锚固，网眼和混凝土支撑不良或效率低下的情况。并且，在操作过程中的一些密集道路上，原始电压的分布还会被破坏，两个面就会彼此影响，从而增加了顶板支撑的难度。

2.2地質构造

伴随矿井深度的不断增加，矿井的地质结构变得越来越复杂，在地下矿井的掘进和施工过程中，巷道顶板受许多因素的影响，例如煤矿层理、节理发育、褶曲构造、煤岩硬度和支撑作业的地面稳定性。如果遇到地质条件相对较好的位置，则可以迅速进行挖掘，当遇到复杂的地质构造，例如褶皱断层时，煤和岩层的厚度往往会出现明显的波动，稳定程度也相对较低，顶板冒顶和倒塌极易出现，并可能对煤矿巷道的掘进速度和施工质量产生严重影响。

3煤矿井下巷道掘进顶板支护技术

3.1煤矿巷道掘进施工技术

对于煤矿巷道的开挖施工，有必要按照煤矿岩层的地质构造特征选择合适的施工工艺，个别煤矿的地质相对较软，因此，在掏槽技术上主要应用单相掏槽方式。如果在进行施工过程中遇到带有爆破孔的相对较深的岩石，则可以使用复合掏槽方法以所需的方式进行操作，当遇到软煤中间层时，每个建筑工人在放置切口时都需要控制倾斜角度，在60°到90°的范围内，根据矿井道路的具体情况，可以省略辅助眼。同时，主要利用掘进机进行隧道施工，形成了将隧道挖掘机与选煤机械设备相结合的一体化隧道施工过程，大大提升了煤矿隧道的掘进速度和施工质量。当前，已经引进了一种连续剪切机，以在矿山的掘进过程中实现采矿，装载和运输的一体化，这不的对能够提升矿山巷道的掘进速度，而且能够在极大程度上降低建设成本。

3.2锚杆支护

当前用于煤矿道路的顶板支撑操作中最常见的是锚杆支护，锚杆支护方法可确保整个巷道的安全，锚杆是用于稳定岩石??开挖的长锚栓，可用于切割隧道和岩石。能够将载荷从不稳定的外部传递到基岩的内部（更坚固），岩石螺栓于1890年首次用于采矿，该系统于1920年在美国的圣约瑟夫铅矿记录。自1940年后期以来，Rockbolt已用于支撑美国和澳大利亚的公路隧道，澳大利亚工程师于1947年开始使用和开发锁紧螺栓。在雪山项目的实施过程中，这些工程师开始试验4m长的膨胀螺栓。锚杆与锚索支护的原理不存在较大差异，锚杆支撑技术主要是为了防止破碎的岩石掉落并有效控制周围浅层岩石的膨胀和分离。但是，随着时间的流逝，由于采矿的影响，随着巷道周围岩石的破坏面积增加，有必要使用螺栓撞击深处的稳定地层并将受损的地层与稳定的地层连接以避免受损的岩层倒塌情况出现，锚索支护可以将主要由螺栓形成的辅助轴承层连接到围岩的主轴承层，从而提升了辅助轴承层的稳定程度，锚杆和锚索的组合支护可以在最大程度上提升围岩整体的稳定性。

3.3矿用支护型钢

通常，有U型钢和I型钢两种，主要用于开采支护钢，在煤矿的巷道上，由于支护采矿的钢的特殊形状，其机械和机械性能优于其他类型的钢，并且通常用于巷道上的椭圆形、半圆形或圆形位置。所以，选择巷道矿用型钢时，应该选择一些抗压性较好的类型。此外，在实际应用巷道的过程中巷道会在两个方向上发生很大的位移，这是由于矿层地质构造与掘进切面两方面产生了变化而造成的。因此，这需要支架本身就具备较好的承载力。

3.4可缩性支架

可缩性支架按照承载负荷能力分类，主要有极限承载负荷能力以及实际承载负荷能力两类。可缩性支架在进行支护作业过程所呈现的收缩过程就是其具体承载能力的表现，在施工过程中煤矿巷道的实际负荷承载能力对连接件和可缩性支架的影响较大。可缩性支架通常在巷道刚性过程中，表现出最大负荷承载能力即为极限负荷承载能力，而极限承载能力会直接影响巷道的塑性变形。正常情况下，可缩性支架的实际承载能力应该小于极限承载能力，当可缩性支架的极限承载能力与实际承载能力之间的差值最小时，则表明可缩性之间已达到最佳状态。

结束语

综上所述，煤矿巷道的掘进技术种类繁多，且掘进工程的施工要通过对这些技术进行综合使用才能实现，整个过程环环相扣，因此，必须要保证每一个施工环节的顺畅和连续，才能保证采掘过程的质量和效率。在施工过程中尤其要保证工作人员的施工安全，继而在安全的工作环境中要求工作效率的提升，提高整个煤矿采掘的经济效益。

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