煤矿采煤掘进工作中高强支护技术的应用

摘要：随着科技的不断发展，支护技术持续进步和创新，更多支护技术的应用发挥着关键作用，不但可以提升煤矿采掘效率，还能确保煤矿安全与稳定生产的目标。为此，应结合围岩构造形状变化、预破损煤层、软岩巷道等因素科学选用高强支护技术，严格控制支护细微之处，凸显支护技术的作用，降低煤矿采掘中存在塌陷的概率。为此，本文主要分析高强支护技术及应用特点以及煤矿采掘中若干高强支护技术的应用问题，以供参考。

关键词：煤矿；高强支护；安全

DOI：10.12433/zgkjtz.20231948

当前，随着煤矿采掘量的持续增多，煤炭资源越来越匮乏，会增加煤矿采煤掘进深度和采掘难度，形成较严重的安全问题。为了保障高效、安全地采煤，应落实掘进支护工作，特别是针对部分较复杂的采掘工作面，高强支护技术的应用非常关键，技术人员应引起密切关注。只有在煤矿采煤掘进中根据具体需求选用适宜的高强支护技术，且规范实际操作流程，才可以实现更理想的支护效果。

一、高强支护技术及应用特点

（一）高强支护技术概述

应用高强支护技术旨在建设目标范围的高强支护构造，推动稳定结构的形成，解决相关位置存在的一系列变形或坍塌问题。由于当前采煤掘进深度不断增加，存在愈加复杂的情况，会增加煤矿采掘存在安全隐患的可能性，需要有效建构支护体系。纵观煤矿采掘中应用的支护技术，常设计钢丝网、锚杆、钢筋混凝土柱等形式，可以结合各种需求，选用适宜的支护技术。此外，当前应密切关注一系列新型支护材料的应用，例如，树脂锚杆等，提升煤矿采掘工作面的稳定性。

（二）高强支护技术的应用特点

煤矿采掘中应用高强支护技术较关键，可以综合支护处理岩层构造，保障很好地支撑煤矿巷道岩壁和顶板，体现稳定性，为后续采掘煤矿奠定良好的基础。纵观高强支护技术在煤矿采掘中的应用情况，其特点主要表现在：第一，确保综掘工作面的可靠性，保障巷道以及工作范围的稳定与安全，特别是针对之前多发的坍塌、松散区域，应用高强支护技术能实现较满意的安全保障效果。与传统的支护架构相比，高强支护技术具有更强的稳定性，与当前愈加复杂的煤矿巷道状况和采掘工作面需求相符，尽可能防范安全事故。

第二，高强支护技术较高效和方便，特别是在矿井采掘过程中，由于环境条件较恶劣，因此在建构有关支护架构上面临较大的困难，如果支护机制建设较复杂，会难以实现满意的效果。而应用高强支护技术可以精简施工环节，应用部分强度高的组件在矿井巷道和采掘工作面迅速支护，确保建构高强的支护体系，作业强度整体较小，便于技术人员操作。

第三，具有理想的经济效益。这不仅体现在结合安全事故的防控减小经济损失，也体现在建构高强支护体系的基础上实现理想效益，由于高强支护技术的应用较高效和操作，无需形成昂贵的人工费或材料费等，即使在之后的保养以及维护工作中，也不需要较高的成本支出，可以实现一次支护永久受益的效果，因此应用高强支护技术具备理想的经济效益，值得应用和推广。

二、煤矿采掘中高强支护技术的应用

（一）应用预留煤柱

在煤矿采掘中预留煤柱的支护方式较多见，属于一种较传统的支护技术，多应用于巷道下区段和上区段。与其他支护形式相比，此支护技术快捷、操作方便，因为受到采掘区域实际条件的制约，一些矿井的排水性能差、通风性不足，会增加煤矿采掘的困难，不利于提升煤矿采掘效率，而预留煤柱的支护方式能够很好地解决上述问题，体现良好的抗压和支护性能。然而，应明确的是，会面临难以维护和支护成本较大的问题，对此，应用预留煤柱并非理想的选择。

（二）应用锚杆钢带支护

锚杆钢带支护方式的基础是锚杆支护，借助一条钢带与若干锚杆相联系，基于钢带辅助下建构一种整体，从而提升钢带的抗拉性能，扩大锚杆支护区域，延长使用长度，与巷道顶板相适应，具体施工程序如下：首先，切割钢板，制作五六根钢带，钢带的厚度为4mm，宽度为100mm，长度为4.2～5.5m。其次，在钢带上钻小孔，孔径为22mm，孔距为0.8～1.3m。当然，孔距并非永久固定，在具体施工中，能根据锚杆间距加以调整，防范存在钢带难以安装的现象。锚杆钢带支护形式要求以切割手段制作钢带，满足钢板的相应标准，尽管可以实现理想的支护效果，但会耗费较多钢材，为此，如果具备条件，可以通过以下方式进行优化：应用大概10mm直径的圆钢取代钢板，在制作时根据700mm的尺度弯折圆钢，根据锚杆间距加以优化，确保形成两根锚杆一起应用的钢带，再借助螺栓连接锚杆和圆钢钢带，从而在不切割钢板的情况下采用锚杆钢带支护方式。

（三）应用可缩性支架

可伸缩性支架支护方式的好处在于不易出现形变、安装便捷、支护强度高等，为此，可伸缩性支架也广泛地应用于煤矿采掘工程中。通常会在掘进二次支护工作中应用可伸缩支架，可以降低煤壁片帮和冒顶的概率，煤矿采掘支护中碰到的一系列困难都能应用可伸缩性支架支护方式加以处理。具体应用环节包括：

第一，结合巷道岩层现状设计数量相符的拱形顶梁，应用支架柱腿，但存在不同曲率半径和相同曲率半径的曲线型以及圆弧直线型，为了确保柱腿的可靠性，要将底座设计在巷道底板和柱腿的连接位置。如果巷道底板脚软，可以适当增加底座面积，否则，应用小型的底座连柱腿。

第二，应用连接件使支架连接部位卡紧，需要压实接头位置，提升连接支架位置的摩擦力和支护质量。此后，需要设计拉杆，有效联系支架，确保建构一种完善的支护体系，实现理想的支护效果。

第三，在完成支架设计后，应将支撑材料填充于巷道围岩和支架间，借助支撑材料紧密联系支架和围岩，在一定程度上优化支架受力情况，提升支架的可靠性与安全性。

（四）应用单体液压柱支护

高强支护技术在煤矿采掘中的应用涉及单体液压柱，应用单体液压柱技术重点是通过成型的单体液压柱设施科学布置要求支撑的范围，从而大幅提升支护质量。应用单体液压柱常常要求设置三用阀，能实现较满意的主体提升效果，在到达理想高度后，支护采掘工作面的相关巷道。基于此，应用单体液压柱时高效和便捷，可以灵活布置在要求支撑的各个范围，很好地管控高强支护工作量，实现理想的高强支护工作效果。在应用单体液压柱上，常常要求的承载性能较高，通常需要的初撑力在90kN以上。对此，应严格把控单体液压柱的布置关，特别是在设计一些重要参数（距帮、排距、柱距等）上应根据具体条件加以精准控制，通常排距和柱距大概为1m，需要控制距帮为不到0.6m。在所有煤矿采掘工作面和巷道中几乎都可以应用单体液压柱，限制条件不高，可以获得普遍应用以及推广，推动其变成高强支护点柱，从而实现较满意的煤矿采掘工作安全保障效果。为了提升单体液压柱使用效果，常常辅助应用金属铰接顶梁，建构稳定的支护体系，扩大影响范围。同时，在拆卸时，单体液压柱也具有显著优势，当煤矿采掘任务完成无需高强支护时，可以便捷地拆卸单体液压柱，需要实时打开三用阀，消除单体液压柱的压力，从而直接拆卸。

（五）应用喷射混凝土支护

喷射混凝土支护技术是指在巷道围岩喷射混凝土，提升围岩的可靠性，最终实现高强支护目标的一种技术。该技术在煤矿采掘中的应用较为典型，应用流程如下：

第一，搅拌混凝土。搅拌混凝土的形式包括：首先，干式搅拌，即在干燥条件下均匀搅拌混凝土原料（砂石和水泥等），再将速凝剂混入其中，且结合压缩空气在巷道围岩上喷射速凝剂和混凝土，此方式对操作者的技术标准较高，严格控制水灰比，特别不允许有较粗的砂石混入，根据实际条件控制使用的水泥量，一般确保混凝土为28～34MPa的强度，可以与巷道围岩有效融合，然而，干式搅拌混凝土的技术会出现较大的粉尘污染问题，为此，在具体应用中的制约要素较多。其次，湿式搅拌，即在采掘场搅拌混凝土，再喷射至巷道围岩。湿式搅拌的优势在于搅拌完成后能迅速投入应用，劣势是效率低、混凝土凝结需相应的时间，为此，湿式搅拌难以在实时性支护中应用，然而，可以很好地优化回弹现象，粉尘污染较低，适用于围岩相对稳定的巷道中。同时，湿式搅拌对骨料的标准较高，如果骨料径粗在10mm以上，含量要维持在30%以内；如果较大的骨料量度在25mm以内，禁止应用细沙。

第二，混凝土喷射支护技术的应用中应维持石子、砂、水泥的比例为2：2：1。如果不具备机械搅拌条件，人工搅拌至少为三次。完成搅拌后，检查混凝土含水率，以手抓混凝土的方式检验含水率，当手抓混凝土紧握后形成一团，而松手后不易散结，意味着含水率达标。如果实施干式搅拌的方式，需要控制使用的速凝剂量，一般控制速凝剂的使用量为2.5%～4%，能由上料口位置均匀加入，喷射过程中要将隔离材料铺设在围岩下，方便回收弹射或滴落的混凝土。如果前期搅拌混凝土的工作较充分，能控制的回弹率低于10%。

第三，在喷射混凝土前认真检查设备，通常控制风压至少为0.4MPa，水压应稍微高于风压，维持在0.5～0.6MPa 之间。在喷射时要根据具体需求控制水压和风压，尽可能确保喷射面为平整状态，防范大量回弹滴落的现象。遵循由下至上的喷射原则，先喷射围岩墙面，再喷射拱顶，并控制工作面与喷头的角度至少为70°，维持垂直角度是理想的喷射方法，且喷头移动应维持螺旋形态，确保每圈直径在200～300mm之间，喷射下一圈应压上一圈喷射半圈。一般喷射厚度维持在50～70mm之间，再进行二次喷射，通常控制两次喷射的时间为小于2h。结束喷射支护时，应清理滴落的混凝土，有序拆除一系列机械设施，并进行相应时段的养护，检测喷射面强度。检测过程中能获取一些样本，全面分析强度是否与喷射支护指标相符，如果达标，可以应用固有的喷射混凝土作业方式；如果不达标，应根据相关指标和要求进行优化或完善。

（六）应用光爆锚喷高强支护

光爆锚喷高强支护技术在煤矿采掘工作中的应用具有显著优势，可以提升围岩构造的可靠性。特别是在改进与完善抗剪性上，优势较明显。光爆锚喷支护技术属于立足于光面爆破技术的一种锚喷支护技术，能实现理想的围岩支护效果，很好地防范围岩构造的失稳问题。在应用该技术时，技术人员要先对要求高强支护的范围进行光面爆破，推动平整岩面的形成，为日后应用锚喷支护打下良好的基础或营造理想的条件。在锚喷支护中应科学打设锚杆，再通过有关锚杆挂设钢筋网，从而在均匀喷射混凝土材料的基础上建构有效的支护体系，很好地处理围岩变形的情况。在应用光爆锚喷高强支护技术中，锚杆可以实现满意的支撑效果，很好地承担围岩存在的较大负荷。同时，从煤矿采掘工作角度看，不但要求安全可靠的围岩状态，还要确保采掘空间的充足化，而应用光爆锚喷支护技术可以缩小围岩构造，节省空间，便于煤矿采掘工作的开展。

三、结语

综上所述，由于煤矿采掘中受到地质状况因素的影响较大，顶板裂开会造成巷道失稳或变形的现象，而高强支护技术的应用可以很好地支护巷道构造，确保巷道构造的稳定与安全以及巷道承受较大的荷载，从而减少构造负载，很好地防范巷道围岩变形的现象。高强支护技术具有经济性、稳定性、安全性的特点，在煤矿采掘中使用具有较大的实际作用，值得应用和推广。

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作者简介：徐光（1984），男，山东省邹城市人，本科，工程师，党支部书记，主要研究方向为掘进支护技术。