煤矿地下采掘中高强支护技术应用探析

卜现涛 许之志

摘要：当前，煤炭储藏量逐渐减少，开采深度日渐加大，对煤炭地下掘进安全造成了一定的威胁。因此，而在煤矿地下采掘作业中引入高强支护技术，可有效保障煤炭巷道采掘作业的安全性与稳定性，降低安全事故的发生率。高强支护技术的安全性较高，且操作方便，可以保障煤矿巷道的稳定性，促进煤矿挖掘工作高效开展。因此，加大对高强支护技术的研究力度，提高施工技术水平，优化功能作用，有利于煤炭事业可持续发展。

关键词：煤矿；地下采掘；高强支护

DOI：10.12433/zgkjtz.20232444

一、高强支护技术概述

（一）原理

高强支护技术主要是指锚杆、锚索、钢丝网、钢带以及喷混凝土等支护技术，在应用过程中结合具体情况，强化支护性能，以适应各种复杂的地质构造，如在顶软、底软、煤层软等工程中使用，可有效解决顶板、两帮变形问题，保障围岩、巷道的稳定性与安全性，强化整体围岩结构的承载能力，其安全性、支护效果较高，成本较低，适用性强。

在高强支护技术应用中，可以加强对围岩的径向约束作用，进而干预巷道的受力状况，将围岩的受力状态从二向受力改为三向受力，使围岩的承载能力得到显著提升，从而防止深层煤矿采掘工作中发生巷道变形情况。在具体应用前，需要做好前期调查工作，详细勘察巷道周边环境，掌握精准数据，从而制定可行性的高强支护计划，保障高强支护技术功能作用得到全面发挥。

（二）类型

（1） 被动支护技术：如支架、U型钢等，可以强化巷道表面的支护抗力，避免出现围岩变形问题。

（2） 壁厚混凝土填充技术：借助混凝土将支护构件与围岩结合起来形成整体，进而显著提升巷道的稳固程度。

（3） 主动支护技术：如锚杆、锚索等，注重从围岩内部产生作用力，通过内部作用的方式压实围岩的结构面。

（三）优势

高强支护技术的适应性较强，可以利用多种支护结构形式，对复杂施工环境进行良好的适应，强化其支护性能，保障巷道稳定性与安全性，而且支护构件方便搬运。高强支护技术的稳定性较高，后续维护需求不高，可以减少维修费用和作业成本，同时缩短设备维护时间，提升煤矿掘进速度，优化作业环境，降低作业风险，营造安全作业空间。高强支护技术的总体应用成本较低，在煤矿开采作业中得到了广泛应用。

二、煤矿地下采掘中高强支护技术类型

（一）喷射混凝土支护技术

煤矿地下掘进往往需要在封闭环境中作业，岩层容易受到开采作业的扰动，出现不稳定现象，且地质构造较为复杂，需要采用高强支护技术稳固围岩，避免发生冲击地压、煤层压出等现象。超高强喷射混凝土施工技术的应用，可以进一步强化巷道安全，增强支护效果。其中，该技术主要包括干式喷射混凝土、湿式喷射混凝土以及水泥裹砂混凝土等类型。

（1） 干式喷射混凝土支护技术：适用性强，在具体应用中，要通过人工、机械方式，均匀搅拌速凝剂、水泥、混凝土，确保其比例的科学性，然后利用干式喷射混凝土喷砂机喷涂到巷道围岩上，形成支护体。

（2） 湿式喷射混凝土技术：利用人工、机械方式，对混凝土、速凝剂、水泥材料等进行均匀搅拌，输送到湿式喷射机，按照相关比例加水混合，喷射到巷道围岩墙体上，形成支护体。

（3） 水泥裹砂喷射混凝土支护技术：利用水泥裹挟砂粒，通过压缩空气泵送出去，并喷射到围岩墙壁上，形成支护体，保障巷道安全。

（二）光爆锚喷网支护技术

光爆主要是指光面爆破，再通过合理控制炸药用量，以便达到预期的爆破效果，确保巷道成型规格、平整性。使用该方法爆破，可以避免岩壁出现爆震龟裂现象，保障整体巷道围岩的稳定性。在光爆锚喷网支护技术应用中，需要利用锚杆把钢筋网固定在顶拱、边墙上，然后喷射混凝土，形成完整的支护结构。锚喷网支护技术的应用，可以将锚杆支护和喷射混凝土支护技术的优势有机结合起来，强化两者对顶拱和边墙的稳固作用，进一步增加锚杆托板的面积，并保障破碎圈表面的完整性，强化整体围岩结构的抗弯能力、抗剪能力，强化锚喷网支护巷道的韧性，并增加允许变形量。这是一种主动支护技术，可以保障围岩的稳定性与可靠性，加固破碎圈，且成本较低，适应性强，在破碎带不稳定岩石支护中得到广泛的应用。在使用该技术时，需要优化设计炮孔间距、不耦合系数、最小抵抗线以及装药结构等参数，才能有效发挥该支护结构的功能作用。

（三）联合支护技术

井下深部巷道的地质结构较为复杂，而且整体巷道稳定性较差，再加上底板荷载能力较弱，承压能力不足，加大了巷道采掘工作的风险。在此情况下，如果仅使用一种支护形式，难以满足真正发挥高强支护技术的功能作用，甚至存在一定的安全隐患。因此，在深部巷道开采作业中，需要引进联合支护技术，对多种支护形式进行综合应用，从而进一步强化支护效果。其中，主要类型包括：高预拉力锚杆+超高强U型钢可缩性支架、U型钢支护+锚网支护、混凝土支护+锚杆支护等形式。在具体操作中，需要结合航道的具体情况，选择适宜的联合支护形式。例如，协调应用高预拉力锚杆和超高强U型钢可缩性支架，可以增加整体支护结构的强度和刚度，发挥锚杆稳固围岩的超强作用，同时可以发挥U型钢伸缩性支架的大承载力、高阻缩性优势，保障围岩的稳定性，减少煤炭开采作业中对顶板、岩层的扰动，避免出现岩石流动、移动、变形等问题；U型钢支护与锚网支护的联合应用，主要是在锚孔初次喷射后，开展实施钢梁与锚杆支护作业，其主要材料为钢筋网、混凝土，可以提升巷道支护的稳定性，保障联合支护的安全性，优化开采环境，促进煤炭开采顺利进行。

（四）可缩性支架的应用

可缩性支架是一种应用较为广泛的支护形式，能够对支架进行双向伸缩，强化高强支护结构的灵活性。在具体应用中，可以强化巷道结构的承压能力，强化支护环境的牢固性与稳定性，保障煤矿掘进安全，提升煤炭开采作业效率。

（五）锚杆支护形式

锚杆支护的应用，可以强化破碎岩体的整体性与稳定性，避免出现巷道风险事故。在锚杆支护中，可以把锚杆插入围岩深处，这样可以增强不稳定围岩岩层与岩石的紧固性，形成组合梁、拱等，强化加固巷道结构，提升巷道的稳定性与可靠性，防止发生围岩坍塌、滑移等问题。一般情况下，需要在巷道中设置若干个锚杆支护，共同对围岩产生挤压、黏结等作用力，使其形成整体承载环，避免围岩出现变形问题，增强巷道深处围岩的稳固性。该支护形式的应用成本较低，方便操作，断面支护空顶距较小，在一次成巷、快速掘进工程中得到广泛应用。

（六）预留煤柱

传统的预留煤柱高强支护形式，主要在煤矿巷道上下部结构中使用，方便操作，应用效果好，尤其适用于通风条件不好且排水效果差的矿井。但是该技术在应用中费用较高，加大了巷道后期维护难度。因此，在选择高强支护技术形式时，需要展开详细的调查工作，了解矿井巷道具体情况，确保高强支护形式的契合性，助力隧道掘进工作安全开展。

三、煤矿地下采掘中高强支护技术应用场景

（一）软岩巷道中的应用

软岩巷道是煤矿采掘的难点，主要是在软岩巷道中存在很多围岩节理裂隙，加大了煤矿采掘过程对围岩的扰动，引起巷道变形问题，在严重情况下还会引发顶板事故。选择合适的支护结构，强化内部构造稳固性，以便减少煤矿安全事故的发生概率，保障工作人员的人身安全。在编制顶板支护管理方案时，需要提前对软岩巷道结构展开详细的调查分析，了解煤矿现场的具体情况，从而保障支护结构设计的合理性与可行性，为开采作业的有序开展奠定良好的基础。同时，为了提升软岩巷道开采作业的安全性，需要加大支护设备的管理力度，安排专业人员定时维护管理，从而保障煤矿采掘作业面顶板的安全性与可靠性。其中，顶板支护设备的评价主要是通过设备稳固性、质量、性能等方面进行衡量，所以需要按时检修支护设备，确保其始终处于良好的运行状态，最大限度地降低安全事故的发生率。同时，还需要采取多种方式，强化煤矿采掘作业稳固性，如贴帮支护、切顶支护、超前支护及端头出口支护等。在井下开采作业中，需要强化各个部门的配合力度，强化顶板支护管理，有效规避冒顶事故的发生。

（二）预破碎煤层中的应用

爆破技术的应用，虽然可以提升煤矿开采速度，但是危害性较大，会对周边围岩造成严重扰动，出现位移、变形等问题，加大煤矿开采作业的风险性。因此，在爆破开采作业时，需要结合预破碎煤层的性质特点，选择合适的支护结构形式，可以有效控制爆破作业的危害性，减少煤矿安全事故的发生。

通常情况下，距离爆破点越远的围岩，受到的影响越小。基于此，工作人员应开展详细调查，采取合理措施加固松动围岩，从而降低爆破作业的扰动作用，避免出现巷道松塌或垮落事故。同时，还需要提前强化处理关键围岩，如对其锚固，从而提升围岩承载能力，并对巷道围岩承受的压力进行分散转移，避免出现应力集中现象，降低围岩荷载，有效规避围岩变形现象，发挥支护技术的作用，合理控制围岩中的不稳定因素。在初期支护中，容易出现结构面滑动、裂缝张开等现象，需要利用高强支护技术对其进行有效性控制，使其稳定在被压缩状态，强化承载能力，优化开采作业安全环境，强化锚固区域的应力承载能力，减轻爆破作业对周边环境的破坏。

四、煤矿地下采掘中高强支护技术质控措施

（一）体现设计方案的针对性

我国地域辽阔，不同的地区地质条件存在很大的不同，煤炭资源储藏量、深度差异较大。基于此，在应用高强支护技术前，需要开展详细的地质调查工作，详细勘察现场地质、水文条件等，掌握精准数据，并构建力学模型，保证设计方案的合理性，才能为施工提供正确的指导，保障支护参数与实际需求一致。同时，还需要在实验中验证参数，并修正设计方案。

（二）注重细节把控

在实际操作中，需要严格把控高强支护技术的应用细节，优化整体施工程序，既可以保障施工安全，也可以加快掘进速度。如针对支护初期的变形情况，需要强化巷道锚杆的阻碍作用，延伸高强支护系统的杆体，可以有效控制支护初期变形，强化支护对周边岩体的约束力；或者利用锚梁等方式，固定高墙支护结构，以便分散支护压力，促进支护施工质量提升，保障煤矿地下掘进工作顺利进行。

（三）完善监控体系

通过构建高强支护监测体系，可以实时监测围岩、支护结构的情况，掌握动态信息，帮助工作人员及时掌握高强支护、围岩的状态，以便为高强支护系统的优化改进提供依据。另外，还可以帮助工作人员及时发现巷道围岩、支护的潜在风险，并在第一时间采取应对方案，保障煤矿采掘工作顺利进行。

（四）强化主动应用

煤矿采掘管理人员需要充分认识到高强支护技术的优势作用，积极引入高强支护技术，并结合深井巷道的实际情况，优化创新支护结构形式和施工方法进行，保障施工方案的可行性与合理性，进一步强化巷道围岩的承载力，有效发挥深井巷道的预应力作用，强化自主支护效果，保障巷道采掘工作安全开展。

（五）做好实地勘察工作

为了有效应用高强支护技术，在施工前，需要做好详细的实地勘察工作，了解现场的施工条件、自然环境等，尤其要对全面收集环境湿度、地质条件、巷道地形等参数，并以此为依据科学评价巷道安全性，并判断采掘作业的难易程度。在此基础上，还要制定相应的掘进制度和工作标准，明确采掘参数，确保高强支护技术的适应性和可行性，保障煤矿采掘工作安全开展。

五、结语

综上所述，强化高强支护技术在煤矿地下掘进工作中的应用，可以进一步保障周边围岩和巷道的安全性和稳固性，预防安全事故发生，保障工作人员的人身安全，同时促进煤矿开采事业高质量发展。

参考文献：

[1]侯利强.煤矿采煤掘进中高强支护技术的应用研究[J].能源与节能，2023（04）：201-203.

[2]郝升明.煤矿采煤掘进工作中高强支护技术的特点及应用[J].当代化工研究，2022（07）：93-95.

[3]吴建星. 细径超高强热处理锚杆在煤矿支护中的应用研究[C].//中国煤炭学会.第十届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集.煤炭工业出版社，2016：89-97.