煤矿井巷工程支护技术的发展历程与实践应用

王鑫 李卓

【摘 要】纵观煤矿井巷工程支护技术的发展历程，大致可以将其分为传统支护、金属支架支护、锚杆系列支护及复合支护技术，分析各项支护技术的特点和适用情况。在此基础上，进一步总结我国煤矿支护技术的经验和问题，并且阐明其发展方向，为未来的井巷工程的支护技术的研究提供 理论参考。

【关键词】支护技术 发展历程 实践应用

【中图分类号】 TD163【文献标识码】B【文章编号】1672-5158（2013）07-0318-01

一、引言

经济在发展，能源需求量大已经是我国社会一个不容置疑的共识，煤矿的开采工作也已经进一步向地下更深的地层延伸，在这个逐步采深的过程中，支护作为一种非常重要的技术得到不断的发展，大致经历了从单一型支护技术到联合多强化型技术的发展历程。在煤炭早起的开采过程中，井巷的支护主要是木制材料，随着钢筋砼的出现，支护形式主要是钢筋和混凝土衬砌。在矿床采深加大和地质结构越来越复杂的情况下，原有的支护结构材料已经不能满足现有的需要，进而随即发展了金属支架支护和锚杆系列支护技术，这为相当长一段时间的矿床开采带来了巨大的便利。20世纪30年代，联邦德国首先开发了U型钢金属支架支护技术，并且投入到生产之中，这种技术也是当时国内外普遍采用的一种技术。1912年，艾尔雷德·布希发明和应用了锚杆，到20世纪50年代，此项技术在各个国家得到广泛的发展和应用。我国是在1956年引进的锚杆技术，并且在淮南等矿区先后尝试了木锚杆、金属锚杆以及砂浆锚杆技术，都得到了很好的发展，并且随即将其广泛应用于国内的各大煤矿。随着采深进一步加大、地质环境也越来越复杂，一些煤矿开始采用了复合支护技术并且取得了良好的效果，同时也开发了强力支护体系，这为未来的煤矿井巷工程工作进一步的开展做出了巨大的贡献。

二、支护技术发展的主要阶段

1、传统支护技术。传统支护技术是以木材料或者钢筋混凝土作为支护材料，主要分为支撑和衬砌两种。其中，支撑是以临时性保护围岩的结构，衬砌是永久性加固围岩的结构。传统支护技术认为，围岩和支护是分开的，围岩是煤矿开采的重荷负载，而支护是承担重荷负载的载体。这种技术有明显的缺点，主要表现在，他需要耗费大量的木材，同时它还深受采深和岩体的性能的影响。

2、金属支架支护技术。金属支架支护技术主要可以分为刚性支护技术和可缩性支架支护技术，其中刚性支架允许支架变形量小，随着变形量变大其阻力变小，直至这种阻力消失；可缩性支架允许支架变形量较大，随着变形量增大阻力也变大，甚至有可能达到恒阻。这种技术较传统的支护技术有很大的不同，金属支架支护技术认为，围岩是重荷负载，而支架作为一种支护体，但是此种技术也有一定的缺陷，由于支架支护所承受的侧压力和荷载的不均匀常使支架稳定性不足、可缩性减弱以及竖向承载能力下降。由此，U型钢金属支架支护技术的支护由多段弧形构件相互叠置搭接组装而成，主要呈拱形或环形，大大提高了支架支护的抗压能力、安全系数、抗灾能力以及减小它的变形量。

3、锚杆系列支护技术。锚杆技术的发展是以之前传统支护技术和金属支架支护技术在实际应用中出现的弊端为基础，在日常的矿业发展中，逐渐的取代了前两种支护技术成为当前国内外一种普遍使用的技术。在我国的应用中，主要可以分为单体锚杆群支护阶段、组合锚杆支护阶段、预应力锚杆支护阶段以及强力锚杆支护阶段。这也体现出锚杆支护是一种十分有效的支护手段，降低了支护成本，并且在很大程度上减轻了工人的工作量以及工作强度，比传统的支护技术更加安全、高效。

4、复合支护技术。随着采深程度加大以及地质结构越来越复杂，很多工程已尝试使用复合支护技术并取得了较大的成功。复合支护技术是指使用两种或两种以上支护方式联合支护巷道。

三、支护技术的实践应用

在目前的煤矿开采中，传统的支护技术已经不能够满足工作中的各项要求，它主要是作业于煤矿表面以及深度较小的工程，所以已被现在向更加复杂的工程所淘汰。在金属支架支护技术发展的过程中，刚性支架支护所用的高强度混凝土施工技术，这种技术一方面可以在地面进行生产预制，另一方面可以在井下进行机械化装配，从而组成全断面封闭的和密集连续式的高强钢筋混凝土结构，这种支护主要应用于高地应力以及破碎围岩的巷道支护。虽然它在预制可以保证支架质量方面与之前的传统支护技术有了明显的优势，但是它在面对覆岩层整体移动时，却显得底层抗压能力不足，从而缺陷也是十分的明显。金属支架支护的另一种类型为可缩性支架支护，特别是U型钢支架支护结构在我国应用十分广泛，它主要应用于松软围岩、压力大、底臌严重以及两帮移近量大的开采区和采取巷道，相比刚性支架它具有抗压能力强、一次成巷好、抗灾能力强、安全系数好以及质量得到保证等优点，但是它的成本较高、搭接处接头易松动。随着采深加大，地质环境复杂等情况出现，锚杆支架在我国开始得到发展，同时锚杆支架支护技术也是国内支护研究最多的一项技术，可以体现它的应用之广泛。其中一般的锚杆支架支护可应用于常规的支护工程，但是一些特殊地质条件下，就要应用更为专业、技术高的支护技术，如锚喷支护、锚喷网支护结构、锚喷网钢拱架结构或配以壁后充填以及不同锚杆技术的研究等都在我国有了较好的发展。

虽然支护技术无论是在理论研究方面还是在现实应用中都取得了巨大的进步，但我们还应该看到一些方面存在的问题和不足，只有正确认识这些问题和不足，我们才能更好的研发支护技术，从而在理论上实现突破创新，同时也为煤矿巷道工程在开展过程中寻求更加安全、高效、成本低、效益好的支护技术。首先，理论与实际问题脱节。就我国当前的形式来开，好的巷道支护技术主要集中于一些规模较大、经济效益较好的大矿区，而大多数的煤矿依旧采用普通的巷道支护技术，遇到一些诸如软岩石之类的问题，都是采用一般的支护手段进行作业，然后再进行多次修补，这不仅工程较大，而且成本高昂。我们必须将一些好的理论成果充分实现它的现实应用的可能性，实现理论指导实践的价值。其次，缺乏实际资料，工程规范能力较差。在我国地势复杂多变的实际情况下，虽然有很多的地质及工程勘察资料，但都无法准确解决现实中煤矿开采遇到的问题，并且新的工程规范一直没有出台，原有的规范已无法适应较快发展的现实。第三，相关法律制度不够完善。在工程支护方面，由于技术一直都不够完善，虽然有很多的理论的研究，但是对比国外先进的技术还存在很多的不足，而我国相关的法律制度一直处于相对滞后的状态，就无法更好的保障我们先进技术的成果以及工程的顺利实施。第四，支护形式单一，创新度不够。技术创新是工程能够快速发展的关键，形式单一只能让我们缺乏选择的空间，所以形式多样化，增强理论与实践的创新能力已经是煤矿井巷工程支护技术开展的更紧迫而又现实的要求。

四、总结和建议

支护技术对于地下工程的开展意义十分重大，仔细了解其发展历程及其特点和应用范围，对接下来技术创新打下基础。在理论发展的同时，我们应该注意实际中的应用，找准问题方能找准创新的突破口，实现支护技术在煤矿井巷工程中的长足发展。

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