煤矿巷道掘进施工及顶板支护技术研究

康马超

（晟泰能源投资有限公司安全管理中心，山西 晋城 048001）

0 引言

煤矿开采是国家经济建设的一个关键环节，深入挖掘煤矿建设的各个环节，对于保证煤矿生产安全和稳定具有积极意义。任何一种生产经营活动皆需保证施工安全，尤其在煤矿掘进、支护等应用中更是如此，由于煤矿开采大部分工作是在地下进行，而且煤矿位置无法及时准确定位，为确保采矿作业有序开展，便需在煤矿中修建巷道，并将支护技术作为支撑，同时做好相应辅助工作，选取与实际工程地区具体条件相匹配的巷道掘进方法加以应用，从而使预期效果得以切实实现。

1 工程概述

青洼煤业位于翼城县，晟泰能源投资有限公司为其整合主体，青洼煤业矿井面积为3.635 5 km2，规划产能为60 万t/a，矿井属于低瓦斯类型矿井，水文地质条件为中等，目前共开采2#层，每层平均厚6.66 m，具有一定爆炸危险特性，矿井开拓方式为斜井开拓，通风方式为中央并列式，青洼煤业深跨比详情见图1。

图1 青洼煤业深跨比

2 煤矿巷道掘进与顶板支护影响因素

2.1 掘进影响因素

1）自然因素影响。在煤矿巷道掘进施工过程中，自然因素为其主要影响，此因素影响主要可分为瓦斯爆炸与地质构造两种。其中，瓦斯爆炸泛指在巷道掘进至构造较为复杂的煤系地层时所引发瓦斯突涌问题，此问题会导致巷道瓦斯浓度在短时间内快速增加，从而对井下施工人员健康与生命安全造成威胁，同时也会为巷道施工埋下一定安全隐患，对于施工进度有着严重影响。在通常情况下，大部分煤矿企业会通过降低掘进工作面与回风风流等措施降低瓦斯浓度，从而有效避免瓦斯爆炸现象发生[1]。而在地质构造影响方面，其主要为在掘进巷道时，掘进工作面煤岩硬度、围岩机理、褶曲构造等方面较为复杂，对掘进施工造成一定影响。在一般情况中，煤矿企业在遭遇复杂地质环境与褶曲断层时，施工人员会对施工进度加以合理控制，此方式能够有效避免顶板发生碎裂现象以及冒顶等相关安全事故。

2）人为因素影响。在巷道掘进施工过程中，不论是井下施工人员，亦或管理与操作人员，皆需进行沟通交底工作，否则一旦发生施工问题便会令掘进进度受到严重影响。这对于相关工作人员综合素养与能力提出更高要求，而对于煤矿企业而言，也需针对相关人员开展定期培训活动，使其综合素养与职业能力能够得到有效提升，从而确保掘进工作所受人为因素影响降至最低。

2.2 现存支护问题

在矿井巷道掘进中，支护技术运用会受到施工工艺极大影响。目前，在大部分矿井巷道施工中，普遍采用钻孔爆破法，此方法具有较高施工效率。但若在使用过程中出现操作不当现象，极有可能会导致支护顶板的稳定性受到严重影响，导致塌方问题，造成巨大损失和人员伤亡[2]。青洼煤业煤矿顶板岩梁跨度、变化与帮部刚度关系详情见表1，所使用材料详情见表2。另外，现阶段支护方式通常以锚杆支护为主，其主要作用在于稳固松软岩层，锚杆支护悬吊作用详情见图2。站在一般支护角度上来看，锚杆支护能够促使层状地层与顶板之间形成组合梁，同时将其作为巷道支撑叠合梁，岩石锚固前后应力变化详情见图3。

表1 青洼煤业煤矿顶板岩梁跨度、变化与帮部刚度关系

表2 青洼煤业煤矿顶板所使用材料

图2 锚杆支护悬吊作用

图3 岩石锚固前后应力变化

3 煤矿巷道掘进施工与支护技术应用要点

3.1 顶锚杆支护施工

1）锚杆所使用螺纹钢为全场锚固数值锚杆，规格为20 mm×2 000 mm，并且所述螺栓长度为1 根MSCKb2360 和1 根MSK2380 的全长度锚固。

2）采用MQT 型气压式锚杆孔，28 mm 的钻头，两边锚杆要朝两边倾斜75°；同时采用斜拉式的锚杆托架，其中心的夹角应尽量与顶板的岩体相平行。钻孔深度为1.93 m，用湿法钻孔，并作好注水标志。

3）固定顶锚。采用锚杆钻具进行锚固；在安装锚栓之前，应注意锚剂有效期，颜色及手感是否柔软，如果发现结块、发硬或破裂；不得采用变质或过期的锚定液；在锚杆的末端装有搅动接头，由锚杆本体将锚定液送到孔底部，再沿顺时针方向转动，由搅动和向前移动；在使用胶粘胶固定时，要均匀地提升钻头，防止过早地把包裹的锚定剂打碎；将锚定液打入孔内，再启动钻头进行搅拌器，搅拌时要保持匀速，在5 min的等候期间内，利用锚杆钻或气动板机来固定锚具，采用扭转钳，以不低于200 N·m 的拧紧扭矩；螺栓在10～50 mm 的范围内露出。

3.2 锚索施工

1）采用MH-100 型末端锚定预加拉锚缆。在150～250 mm 的范围内，用2 根MSK2380 树脂锚固剂、1 根MSCKb2360 树脂的锚杆进行延长锚固。

2）采用MQT 型空气锚杆钻、Φ28 mm、B=19mm、L=1.0 m 的空心六角线、外侧钢丝与长铜棒，钻孔深度5.0 m，钻孔采用湿法钻孔。在保证钻井精度的前提下，井眼和设计轴之间的误差不超过5°。

3）锚索的固定。对锚索钻孔深度、数量进行检验，将3 根树脂锚固剂用锚索向钻孔内推进，然后手工将锚索、锚固剂慢慢推进，然后用超速胶片进行预装；将锚索插入搅拌器内，采用固定装置，沿顺时针方向转动，搅拌周期为15～20 s；15 min 后将锁固定好，然后预紧1 h 后再拉。预紧复紧时，将张拉设备内的大功率设备与绳缆连接，采用大功率的起重设备对张拉进行预压。在预紧期，将绳缆托板压在岩石表面，当张力超过150 kN 时停止，张拉时，现场工作人员不得站立于锚索之下，且应避开压力管道的影响，以免造成崩管伤人现象[3]。

3.3 两帮支护

1）钻孔采用ZMS-60 和YTP-26 高频率风钻，其钻孔深度为1.93 m。在采用风煤钻孔时，采用28 mm的合金钻头、B=22 mm、L=2.0 m 的麻花帮锚钻柱；采用高频率的风钻钻孔，采用28 mm 圆柱形的钻头，B=20 mm、L=2.0 m 的空心内六角锥。打眼要用湿法，并且要注意深度控制。

2）将1 个MSK2380 和1 个MSCKb2360 树脂锚定在辅助锚具上，随后采用ZMS-60 风力煤钻机混合粘结料，在15～20 s 内进行混合。

3）在固定好锚杆后，用扭转钳检验螺栓的拧紧强度，螺栓螺栓的拧紧扭矩不得低于200 N，锚杆螺母外露锚杆丝扣在10～50 mm 的范围内露出。

3.4 铺网工艺

在铺设金属菱形网片时，应按隧道开挖方向的长边铺设，网片与网片的交迭搭接不得少于100 mm。采用“三花”形双绞线14 号钢接头，接头间隙不超过200 mm；辅助网片与顶部网片采用双绞线14 号钢丝单行连接，固定扣的间隔不超过200 mm。在掘进方向网和网之间用一条成形的钢丝直接联结，两端拧紧，应铺设平整、紧密贴顶（帮），并相互拉紧，不留下网袋。

4 煤矿巷道掘进支护技术优化措施

4.1 引进先进采煤设备与技术

在开展煤矿巷道采煤掘进工作时，应与煤矿实际采煤掘进环境与生产目标相结合，在引进具有较强先进性采煤设备的同时，开展定期维护保养工作，从而为设备性能提供保障，将巷道采煤掘进过程中设备故障发生概率降至最低，促使煤矿巷道采煤掘进速度与效率得到进一步提升。并且，也可采用无人工作面开采技术提升破煤、装煤等工作效率，此技术能够在采煤设备处于正常状态时介入到工作面监督当中，促使采煤掘进工作质量与效率得到大幅度提升，同时为相关工作人员生命安全提供保障，对现有资源充分利用的同时，有序开展掘进作业。

4.2 加强采煤施工管理

由于煤矿巷道采煤掘进相关工作内容具有一定复杂性，且极易受到环境因素影响，故而其不仅需要具有较强先进性的采煤技术与设备支撑，同时也需具有较强综合素质工作人员为其有序开展提供保障。因此，需针对相关工作人员开展专业性培训，在令其具有较高技术熟练度的同时，养成良好安全意识，并在必要时通过奖惩评价等绩效管理方式，激励其提升自身专业知识与安全素养，从而确保煤矿巷道采煤掘进工作质量大幅度提升，确保企业获得良好经济效益与社会效益[4]。

5 结语

在煤矿开采效率与质量方面，巷道掘进与顶板支护技术为其中关键内容，故而煤矿企业在开采过程中应加大对其关注力度，从而在切实提升开采工作效率的同时，确保自身能够获得更高经济效益，并对此技术展开更深层次分析与研究，通过针对性措施为其应用合理性提供保障。