复杂地质条件下的煤矿采煤掘进支护技术情况探究

摘要：煤炭作为我国当前主要的能源来源，其开采安全与效率的重要性逐日提升。然而，不稳定的岩层、断层密集区及高地应力环境等复杂地质条件，为煤矿的掘进带来了诸多困扰。采用先进的掘进支护技术成为保障采矿作业安全的有力支撑。首先介绍了几种复杂地质条件下的煤矿采煤掘进支护技术，并提出了合理选择掘进支护设备、施工工艺控制、落实安全措施的支护技术要点，旨在提高支护技术解决煤矿复杂地质难题的有效性。

关键词：复杂地质条件煤矿采煤掘进支护技术技术要点

中图分类号：TD353;TD263.2

ResearchonExcavationSupportTechnologyofCoalMiningUnderComplexGeologicalConditions

KONGLei1SONGShitao2WEIBenliang3

1.HuanchengCoalMine，WeishanhuMining（Group）Co.，Ltd.，ShandongProvince，Ji’ning，ShandongProvince，277600China;2.YongshengCoalMine，ShandongWeishanhuMining（Group）Co.，Ltd.，Ji’ning，ShandongProvince，277600China;3JiningCoalMineSafetyMonitoringandControlCenter， Ji’ning，ShandongProvince，277600China

Abstract：CoaliscurrentlythemainsourceofenergyinChina，andtheimportanceofitsminingsafetyandefficiencyisincreasingdaybyday.However，complexgeologicalconditionssuchasunstablerockformation，denselyfaultedareaandhighgroundstressenvironment，havebroughtmanytroublestocoalmining.Theuseofadvancedexcavationsupporttechnologyhasbecomeapowerfulsupporttoensurethesafetyofminingoperations.Firstly，thepaperintroducesseveralkindsofcoalminingexcavationsupporttechnologyundercomplexgeologicalconditions，andthenputsforwardthekeypointsofsupporttechnologysuchasreasonableselectionofexcavationsupportequipment，constructionprocesscontrolandimplementationofsafetymeasures，inordertoimprovetheeffectivenessofsupporttechnologyinsolvingcomplexgeologicalproblemsincoalmines.

KeyWords：Complexgeologicalconditions;Coalmining;Excavationsupporttechnology;Technicalpoints

在煤矿资源的开采过程中，尤其在地下深处，不稳定的岩层与频繁的地质活动，使得采掘作业困难重重。复杂地质条件下的支护技术作为保障煤矿安全生产的重要手段，是矿井工程技术进步的集中体现，也是煤矿可持续发展的关键所在。

1复杂地质条件下的煤矿采煤掘进支护技术

1.1岩石锚杆支护

岩石锚杆支护技术主要通过钻孔、插入锚杆并施加预应力的方法，提升巷道围岩的稳定性。在设计锚杆支护系统时，依据《煤矿巷道锚杆支护技术规范》（GB∕T35056—2018）严格控制关键参数，包括锚杆的长度、直径、布置密度及预应力的大小。以常见的高强度钢制锚杆为例，其直径通常为22mm，长度从2～6m不等，采用扭剪型高强度锚杆，承载力可达210kN，既具有较高的抗拉强度，也有良好的抗剪能力[1]。锚固材料可采用环氧树脂或聚酯树脂，在锚杆与岩石之间形成牢固的黏结，树脂的充填长度通常为整个锚杆长度的80%～100%，以确保全柱固结。安装时通过液压设备施加预应力，控制大小在150～200kN之间。高预应力锚杆系统在提升巷道围岩稳定性方面特别有效，如图1所示。

锚杆支护通常采用如下几种类型的锚杆系统。（1）扭剪型锚杆：具有一体化的锚固和锚杆功能，能在较短的安装时间内迅速提供巷道支护。（2）膨胀型锚杆：适用于比较破碎的岩层，通过锚杆体的机械膨胀与岩石形成摩擦锚固。（3）复合型锚杆：结合化学和机械锚固方式，提供更为强大的锚固力，适用于极端的地质条件。此外，在复杂地质环境下如断裂区或高地应力区，传统的锚杆支护往往无法单独满足安全需求，需要将高强度钢丝网与喷射混凝土结合使用，进一步提升巷道的整体稳定性[2]。

1.2支架支护

支架支护技术通过在巷道中设置结构稳定的支架系统，有效固定围岩，从而保障巷道的结构安全。根据支架的构造和功能差异，支架支护主要包括框架式支架、压杆式支架和履带式支架。框架式支架通常由Q345钢等高强度钢制成，具有较高的屈服强度和抗拉强度。每个框架的重量约为150～200kg，能够承受的最大垂直负载通常在500～800kN之间，特别适用于深部矿井和地应力较高的环境。压杆式支架采用的是可调节的液压或机械装置，使支撑力可以根据岩层条件进行调整，其压杆直径通常在110～140mm，长度可从2m调节至4m，压杆的工作压力达到300kN，最大扩展力达500kN。履带式支架设计用于在变化的地质条件下提供移动和灵活的支护。这种支架的移动速度可达到每分钟15～20m，支撑宽度从1.5～3.5m不等，高度可调节从2～4.5m。每个支架单元的承载能力约为1000kN，在较宽的工作面上提供稳定的支撑[3]。

1.3混凝土喷射支护

喷射混凝土支护技术采用高速喷射混凝土至巷道围岩表面，迅速实现结构的固化与密封。喷射混凝土的材料一般包括水泥、砂、碎石和必要的添加剂，这些成分根据所需的机械性能和固化时间进行精确配比。在喷射混凝土支护技术中，混凝土的厚度在5～25cm之间，具体厚度根据围岩的稳定性和受力条件确定。为了增强支护层的整体结构强度，常在混凝土中加入钢纤维或聚丙烯纤维，纤维的添加比例一般为混凝土重量的0.5%～1.5%。使用的喷射机械根据作业的规模和环境条件，可选用手持式或车载式，控制喷射速度为20～30m/s。此外，施工过程中须控制空气和混凝土的混合比例，将空气压力维持在0.4～0.6MPa。在特定的工程应用中，如巷道存在严重的水问题或地压活动频繁的区域，喷射混凝土的配方可加入硅烷类或丙烯酸类防水剂，通过调整水灰比（在0.35～0.45之间）来优化混凝土的黏结性[4]。

1.4组合式支护

组合式支护技术融合了两种或多种传统支护方法的优势，综合应用锚杆、注浆、钢支护及喷射混凝土等方法以达到最优的支护效果，具体如下。

1.4.1锚杆加注浆

使用，兼具钻孔杆和注浆管的功能的自钻式注浆锚杆，在极度破碎的岩石中稳定钻孔并注入浆液。

1.4.2锚杆与钢支护结合

适用于巷道顶部和两侧围岩稳定性差的情况。锚杆提供从内部固化岩体的作用，而外部的钢支护架提供物理支撑。钢支护通常采用节距1.2m的钢拱架，拱架的单元长度通常为0.8～1.2m，能承受高达300kN的压力。

1.4.3锚杆加喷射混凝土

适合围岩相对完整但需要额外防护层的巷道。在安装锚杆后，对巷道表面喷涂一层厚度为10～15cm的混凝土层。喷射混凝土的施工速度约为10m2/h。

1.4.4锚杆加注浆加钢支护

为极端复杂的地质条件设计，例如高地应力环境或巷道周围岩石强度非常低的情况。施工团队首先使用注浆固化裂缝和空洞，随后安装锚杆增强围岩结构，最后安装钢支护架以提供物理阻隔和支撑。

2复杂地质条件下的煤矿掘进支护技术要点

2.1合理选择掘进支护设备

在煤矿掘进工作中，选择合适的支护设备是保证作业安全和效率的关键因素，要求施工团队分析岩石的硬度、抗压强度、断层位置及地下水情况等关键数据。这些数据指导选择适用于特定地质条件的掘进机械和支护系统。例如：硬岩环境需要高强度截齿和强大驱动力的设备，而在断层频发区则需设备具备高灵活性和更强的稳定措施。

在选择液压支护系统时，施工团队需要评估支护设备的承载能力和适应性，例如选择能够自动调整支护力的液压支架系统，这就需要根据实时监测到的地压变化自动调整支撑力，从而适应复杂且不断变化的地质条件。

2.2施工工艺控制

在煤矿复杂地质条件下实施支护技术，施工团队采用精确的工艺控制步骤来保证支护的正确实施。对于锚杆支护，施工团队需使用轻型钻车或手持钻等钻孔设备，保持钻孔直径通常为32～42mm，钻孔深度依据工程设计可达数米。钻孔的精度直接影响锚固的质量。使用压缩空气或水清洗钻孔，移除孔内的松散物，确保锚固剂能有效黏合岩石和锚杆。将预制的锚杆插入清洁的孔中，将锚固剂（通常为水泥基或树脂基）注入孔内，填满孔内空间并环绕锚杆。在实施喷射混凝土支护时，施工团队要清理要喷涂的岩面，除去松散和不稳定的岩石及灰尘。使用喷射机将混凝土均匀喷涂在岩面上，厚度一般为5～10cm，确保连续无缝覆盖整个处理面[5]。喷射后的混凝土需要保持适当湿度和温度养护，一般养护期为7d。

3结论

复杂地质条件下煤矿采煤掘进支护技术展现了工程实践与科技创新的交汇。从锚杆支护到喷射混凝土，从架棚系统到综合支护设备，每项技术均体现出对地质难题的精确回应。施工团队需严格执行安全措施，形成从预防到响应的全方位安全管理体系。

参考文献

[1]董广路，孙立虎.复杂地质条件下煤矿开采掘进支护技术的应用[J].冶金与材料，2024，44（5）：127-129.

[2]贾晶晶，刘帅，聂旭峰.复杂地质条件下煤矿掘进支护技术的应用[J].内蒙古煤炭经济，2024（8）：163-165.

[3]宋庆飞，许守琦.复杂地质条件下有效的煤矿掘进支护技术[J].内蒙古煤炭经济，2024（8）：37-39.

[4]张啸天.深基坑土钉墙与桩锚联合支护结构研究与优化[D].长春：吉林建筑大学，2023.

[5]马立腾.矿井支护锚杆钻孔耦合振动机理及被动减振研究[D].芜湖：安徽工程大学，2022.