基于复杂地质条件的煤矿掘进支护技术研究

李世操

摘 要：通过分析指出，煤矿开采在地质方面的最大问题是：随着开采水平向下延伸，地质构造将会更加复杂且频遇断层和水患等问题。针对这些情况，提出了锚网支护以及金属拱形支架支护两种方案，从监测模型、技术层面以及安全层面对比，认为采用锚网支护方案的整体优势更加确切。

关键词：煤矿；掘进；支护；复杂地质条件

煤矿开采过程当中，上下顺槽支护形式多为木腿钢梁或全钢棚护，开采区域工作断面以拱形以及梯形为主，棚距按照0.5m～1.0m标准进行控制。工作面超前支护采取单体或配合方木的方式实现。在本地区综采工作面开采技术不断应用与完善的背景之下，传统意义上顺槽所采取的棚子支护方案已出现大量的局限性（包括支护形式过于被动，无法实现对工作面顶板的有效支护，矿用钢梁支护断面受到一定限制，不能满足日益扩大的设备及装备要求以及掘进期间大量钢材的运输及回采巷道支架的回撤，不仅增加了作业量，而且严重制约掘进和回采进度，同时还为矿井辅助运输带来沉重的负担等等）。

1 工程实例

当前，本煤矿共四个开采水平，其中正在掘进、开采的三水平采掘深度为-620.0m。根据现场调查资料数据来看，随着开采水平向下延伸，地质构造较复杂且存在水患。从这一地域的地质条件来看，锚网支护以及金属拱形支架支护均有适用性。但在技术、安全等层面上有所不同，需要谨慎选择。

2 掘进巷道支护设计方案

（1）在以锚网支护作为巷道掘进支护设计方案条件下：采用Φ22mm、长2.0m高强锚杆配合Φ16mm的钢筋梯子梁钢带及金属菱形网护顶；采用Φ20mm、长2.0m等强锚杆配合Φ10mm的钢筋梯子梁钢带及塑编网护帮；施工排距在0.6m～1.0m之间。加强支护：采用Φ21.6mm、6.5m～9.5m长的锚索（锚索长度取决与煤层顶板到稳定岩层之间的距离，要求锚索上部端头布置在稳定岩层300mm以上），双趟或三趟布置支护顶板。巷帮煤质较软、断面较高时，采用Φ17.8mm、4m长的锚索支护巷帮。

（2）在以金属拱形支架支护作为巷道掘进支护设计方案条件下：采用25U型或29U型开式金属拱形支架配合木质小板或水泥背板及塑编网进行支护，支架与顶板及巷帮之间的空隙采用木料填充，施工棚距为600mm或800mm。

3 掘进支护方案综合分析

3.1 监测模型的构造

在两种不同的掘进巷道支护方案作用之下，对锚网支护巷道的监测参数主要包括顶板离层监测、巷道收敛变形速度（通过十字布点方式观测以及锚杆拉拔实验这几个方面；对金属拱形支架巷道的监测参数则主要通过十字布点的方式对巷道收敛变形情况进行观测。图1所示为锚网支护方案与金属拱形支架支护方案所对应的变形速度示意图。

所对应的变形速度示意图

根据图1来看，锚网支护方案与金属拱形支架支护方案的支护原理存在一定差异，对于锚网支护而言，支护巷道初期变形速度较金属拱形支架支护方案更高。而对于金属拱形支架支护而言，由于支护过程中顶板通过木料插背，初期木料发挥让压作用，前期阶段该支护方案下支架受力作用力较小，变形速度相对比较缓慢。但在木料完全压实后，金属拱形支架支护方案下的变形速度会明显高于锚网支护方案下的变形速度。

3.2 技术层面的分析

首先，针对复杂地质条件而言，采用锚网支护能够利于支护并对顶板起到良好的控制效果。与金属拱形支架支护不同的是，锚网支护的整体优势更加突出，而金属拱形支架支护则是一种被动式的承载支护，无法起到主动支护巷道围岩的目的并且必须要在围岩结构产生一定量的变形后才能使金属拱形支架的支护阻力发挥出来。但对于锚网支护而言，其对围岩结构具有主动加载的能力，可以起到加固保护围岩结构的目的，提高巷道掘进过程中围岩结构的稳定性水平，同时对顶板支撑能力加以充分应用，对防治顶板离层也有重要效果。

其次，在锚网支护方案的实施过程当中，较少对工作面的作业产生影响。对于综采工作面而言，顺槽采用锚网支护。在工作面进入回采阶段时，仅需要提前解除锚杆螺母，然后将液压支架前移进行支护，基本不会对工作面进入回采的时间产生影响。但对于金属拱形支架支护方案而言，必须提前对顺槽金属拱形支架进行回替，整个操作过程中涉及到了包括材料回收运输等在内的多个操作流程，部分情况下需要滞留等待，更为关键的是在综采工作面中还涉及到了改打支柱的环节，直接影响了工作面的回采工作进度。因此对比而言，锚网支护方案的优势更加突出。

3.3 安全层面的分析

首先，在复杂地质条件下，应用锚网支护的优势在于能够快速且有效地预防工作面出现冒顶事故。同时，本工程中采用Φ22mm，长2.0m高强锚杆配合Φ16mm的钢筋梯子梁钢带及金属菱形网护顶，对顶板安全管理也有非常重要的价值。由于支护原理不同，对于金属拱形支架支护方案而言，在被动支护的条件下，采动压以及岩石结构自重等因素都可能对顶板造成影响出现离层，甚至是部分岩块游离的问题，发生顶板事故的可能性大，且对顶板管理有着非常不良的影响。

其次，在锚网支护方案下，采用Φ21.6mm、6.5m～9.5m长的锚索，双趟或三趟布置支护顶板、采用Φ17.8mm、4m长的锚索支护巷帮，省去了金属拱形支架支护工艺中过于繁杂的劳动以及施工作业期间可能产生的危险源。

最后，在锚网支护方案下，工作面回采过程當中省去了回替拱形支架工序，减少了包括工作面支柱以及回柱在内的工作环节，对作业环境以及作业劳动强度而言具有一定的改善价值，从根本上减少了金属拱形支架支护期间潜在的安全隐患。

4 结束语

文章对在复杂地质条件下煤矿掘进支护技术的选用问题展开了分析探讨，分别提出了锚网支护及金属拱形支架支护两种形式，并从监测模型、技术层面以及安全层面展开对比分析，认为采用锚网支护方案的整体优势更加确切。

参考文献

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