煤矿巷道支护技术研究

卢斌

摘  要：随着我国社会经济的飞速发展，对能源的需求日益增加，煤炭作为传统能源的重要种类，在我国能源结构中占有重要的比例，煤矿开采量巨大。长期的巨量开采，煤矿开采深度、广度不断增加，使得巷道支护的难度系数也在不断上升，这对煤矿巷道支护工作及支护技术提出了更高的要求。该文简要阐述了煤矿巷道的支护原理，在此基础上，对煤矿巷道支护技术的应用与发展进行了探讨，分别就砌碹支护技术、棚式支架技术、锚杆支护技术以及复合支护技术进行了较为详细的分析论述。

关键词：巷道支护  支护技术  煤矿巷道

中图分类号：TD353                                 文献标识码：A                        文章编号：1672-3791（2019）02（c）-0067-02

巷道支护对煤矿开采至关重要，是确保煤矿开采作业安全、顺利进行的关键环节。就目前而言，有关煤矿巷道支护的理论与相关技术应用研究取得很多成果，该文就当前主流的煤矿巷道支护技术进行一些探讨，以期能够为相关工作提供一些参考。

1  煤矿巷道支护原理

就煤矿开采而言，实际是对矿产资源所在地质稳定条件的一种破坏，根据地质条件的复杂程度，被破坏后要想获得稳定的巷道围岩结构，必须要采取相应的措施对巷道进行支护，使巷道围岩与支护体系成为一个整体，控制围岩变形，重新形成一种新的稳定结构。随着巷道支护理论的不断推陈出新，巷道支护技术也取得了不断的进步。就支护理论而言，联合支护理论、围岩强度强化理论、松动圈支护理论、新奥法支护理论等从不同的理论视角就巷道支护进行了研究，并由此形成了各种巷道支护技术。而在技术应用层面，砌碹支护技术、棚式支架技术、锚杆支护技术、锚喷支护技术、注浆加固技术以及复合支护技术等，针对不同的应用条件具有各自的应用优势，其中，锚杆支护是当前应用较为广泛的一种煤矿巷道支护技术。

2  煤矿巷道支护技术的应用与发展

2.1 砌碹支护技术

砌碹支护技术是煤矿巷道支护中早期应用较为广泛的一种支护方式。砌碹支护技术属于刚性支护技术，所用原料多为石材，因此也叫石材支护。砌碹支护种类多样，根据所用材料的不同，可分为料石支护、混凝土支护、钢筋混凝土支护等。砌碹支护具有施工简便、操作简单等优点，但其缺点也很明显：一是需要养护时间，不能立刻产生支撑力;二是施工的人员劳动强度大，无法机械化作业，施工速度慢，对快速掘进具有较大影响;三是需要增加临时支护，综合效率比较低。砌碹支护的这些缺点在很大程度上限制了其应用范围，但其技术应用在很多特定形势下仍具有较强的适用性，如围岩破碎较为严重或不稳定的巷道地段、巷道大面积淋水或局部涌水、存在化学腐蚀的巷道地段等。砌碹支护形式坚固耐用、防火防水，在中、小矿井中，或在其他支护不适合的地质条件下采用，具有良好的应用效果。在料石砌碹巷道的稳定性研究方面，相关结果表明，拱顶易受拉最先破坏，巷道跨度增大时，拱顶传递到两直墙的载荷超过直墙极限承载能力，直墙将先于拱顶受压破坏;影响碹体稳定的因素有巷道的跨度、直墙厚度、料石强度和顶板对碹体载荷分布状态。

2.2 棚式支架技术

棚式支架技术在20世纪90年代曾是我国煤矿巷道支护的重要的技术形式之一，应用广泛。按照支架材料的不同，棚式支架技术可以分为钢筋混凝土支架支护、金属支架支护、木支架支护等。其中，金属支架由于在安装时更为简便，是棚式支架支护技术中应用最为广泛的一种形式。棚式支架支护也是属于刚性支护技术的一种，且与巷道表面接触较少，在巷道围岩变形严重或是结构较为复杂的情况下，应用效果并不理想，存在初撑力不足、不具备主动支撑顶板的能力、无法防止巷道顶板早期离层等缺陷，目前已经逐渐被应用效果更好的锚杆支护技术所取代，其应用更多地出现在需要联合支护或是复合支护的巷道支护条件下。而相关研究表明，U型钢棚式支护失效原因主要为：支架与围岩接触不均匀、支架强度低、支架本身的结构不稳定等。

2.3 锚杆支护技术

锚杆支护技术是目前应用广泛的一种巷道支护技术，其借助了锚杆的加固特性，增强了巷道围岩的相对强度，使其内部结构的稳定性得以提升，能够有效控制巷道围岩的变形程度。与传统的棚式支架相比，锚杆支护具有主动加固巷道面板岩层的能力，当岩层受外力作用或是发生分化时，锚杆支护的承载作用不会发生变化，支护的安全性更高。基于锚杆支护更为先进的技术性能，其应用受到更为广泛的关注，相关的研究较为丰富，就不同锚杆支护方式下强顶弱帮巷道的稳定性来说，通过合理选择锚杆参数将顶、帮锚固体联接成整体锚固结构，可克服常规锚固结构存在角部薄弱环节的缺陷，增强顶、帮、角锚固结构在深部围岩的叠加效应，使巷道围岩的稳定性得以提升。就高强锚杆预紧力影响因素明来说，锚杆预紧扭矩影响最大，锚杆与螺母之间、螺母与垫圈之间的摩擦力次之。锚杆安装预紧扭矩与锚杆预紧力呈正比线性关系，增大锚杆安装预紧扭矩能够明显提高锚杆预紧力;锚杆直径越小，相同的预紧扭矩转化的预紧力越大。

2.4 复合支护技术

在实际的巷道掘进中，很多情况下采用单一的支护技术并不能完全解决巷道支护中存在的所有问题，而且单一的支护技术总有其局限性，因此，将多种单独的支护技术结合起来解决巷道中存在的各类支护问题，就形成了一种专门的支护技术，即复合支护技术。复合支护技术在实践应用中范围更加广泛，集合各种支护技术的优点能够解决巷道支护中存在的多种问题，支护效率更高，效果更好。在实践研究中，针对神东公司寸草塔二矿的煤岩层地质特征，在该矿主斜井延伸段上下山巷道交岔点使用了矿用U型钢棚+砌碹支护的复合支护技术，取得了良好的效益。在软岩大变形巷道支护技术的应用研究中，采用了锚喷-砌碹相结合的复合支护技术。支护后的巷道变形得到了良好的控制，混凝土喷层未出现裂缝，，围岩变形速度迅速减小;锚喷10d后围岩变形基本稳定，此时进行二次砌碹支护效果最好，可以保证巷道的长期稳定。

复合支护技术虽然具有诸多优点，但是对于一些问题较为单一的煤矿巷道，却并不是完全适用，太过复杂的技术设计，有时反而不利于巷道支护的实际。此外，考虑到复合支护技术相较于单一的支护技术成本更高，实施难度更大，在实际运用过程中，还需要结合具体情况进行斟酌以确定最佳的技术方案。

3  结语

总体来说，随着煤矿资源开采时间的不断增加，煤矿开采的条件变得越来越复杂，巷道支护面临的各种问题也不断增多，难度系数不断增大。各种巷道支护技术都具有自身的局限性，同时也具有独特的优点，在实践应用中，如何选择巷道支护技术，还要从实际出发，综合考虑其技术性能、經济性等指标，适合的就是最好的。

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2019-12-13