关于煤炭井下巷道掘进顶板支护的研究

李长浩　殷超

摘要：我国在近些年中，频发煤矿事故，造成了严重人员伤亡和财产损失。其中，煤炭井下巷道掘进顶板事故为重要事故类型。因此，本文主要就煤炭井下巷道掘进常用顶板支护方式，即锚索支护、矿用型钢支护、预留煤柱支护、可伸缩支架支护，加强煤炭井下巷道掘进顶板支护控制技术应用方法，即开展支护作业有效准备、加强支架强度、提升掘进工艺加大设备投入等内容进行论述。

关键词：煤炭井下；巷道掘进；顶板支护

煤矿井下巷道掘进作业中，如果顶板支护不到位会造成巷道周边围岩出现一些问题，产生出不必要的质量和安全问题，严重影响煤矿井下巷道掘进作业进度。因此，专业化人员需要利用高质量顶板支护方式，有效准备各种支护材料、小型机械设备，合理安排施工作业人员，提升煤矿井下巷道掘进顶板支护技术应用水平。

一、煤炭井下巷道掘进常用顶板支护方式

（1）锚索锚杆支护。

在煤炭井下巷道掘进顶板支护作业中，锚索支护与锚杆支护是重要方式。它们在操作中主要应用的构件有：锚索杆体、锚杆杆体、锚索托板、锚杆网等。其中，锚索托板主要功能是实现锚杆尾部、锚索与围岩有效接触，为整个锚索、锚杆应用提供一个预紧力，有效改善围岩应力状态，避免围岩出现离层、滑动问题。同时，锚杆网主要功能是实现锚索锚杆支护方式在围岩周边形成一个稳定的荷载，防止围岩发生变形问题，提高了煤炭开采作业质量，提升了煤矿的经济效益。

（2）矿用型钢支护。

矿用型钢具有抗压能力强、抗拉水平高、抗剪效率强、韧性良好的特点。在整个煤炭井下巷道掘进中应用矿用型钢，具有良好支护性能。比如：第一，具有良好可塑特点的支架可以保障整个围岩周边形成有效滑移集合形状、保持型钢稳定受力状态，保持足够大的接触面积。第二，矿用型钢具有足夠的负载能力，保持截面抵抗矩具有相近数值，形成良好支护效果。

（3）预留煤柱支护。

预留煤柱支护方式主要是专业人员合理应用网络信息技术、计算机技术、人工智能技术大致确定预留煤柱宽度，并且进行支护埋深的科学测算，在水平原岩保持8到9MPa应力、在垂直原岩保持14到15MPa应力，应用高强度支护材料提升预留煤柱支护质量，保障煤矿生产作业安全。

（4）可伸缩支架支护。

在整个煤炭井下巷道掘进顶板支护中，可伸缩支架收缩负荷承载能力就是实际承载力。因此，专业化人员需要加强可伸缩支架材料应用水平，保持主要构件之间具有稳定连接状态，提升巷道支架工作性能。同时，支护作业人员需要提升支护材料极限承载能力，即优化巷道支架塑性变形结构[1]。

二、加强煤炭井下巷道掘进顶板支护控制技术应用方法

煤矿所在地区地质构造条件、巷道顶板固定方式等因素严重影响到煤炭井下巷道掘进顶板支护质量。因此，顶板支护作业人员需要有效勘察地质形态，选择适当支护材料，最终提升煤矿井下支护安全程度。

（1）开展支护作业有效准备。

在支护作业施工前期，需要做好支护准备工作。具体来讲，第一，专业化支护人员需要依据巷道掘进施工设计图纸，明确支护作业材料的尺寸、数量，选取的掘进方式与作业人员组织方式。比如：有关方面的支护作业人员需要严格依照国家有关方面规定，支护作业操作程序来开展工作。第二，支护作业人员在充分了解到煤矿井下巷道掘进地质构造条件、巷道围岩力学性质、矿井矿压资料，最终明确作业方式，保障作业支护质量和安全。比如：在巷道中选取合适位置开展巷道开口掘进作业、巷道冒顶处理施工等，提前进行施工作业方案的技术规划。

（2）加强支架强度。

支护作业人员需要加强支护强度，最终提升煤矿井下巷道掘進顶板支护技术应用能力。由于矿井作业具有复杂的地质特征，需要有关方面人员有效处理好巷道变形、位移等问题。因此，专业化支护作业人员需要选取刚性材料、应用柔性支护结构，提升整个巷道支护水平。应用这样的方式可以在最大程度上保持巷道空间的完整性，有效缓解巷道变形与位移的情况，降低今后返修率。

（3）提升掘进工艺加大设备投入。

巷道掘进支护作业人员应用新型技术工艺，加大设备方面投入力度可以有效提升支护能力，保障煤炭资源开采的效率。原因在于，科学技术水平的发展使得采煤方式中大量应用自动化技术、人工智能技术、保障开采作业的精密化。因此，第一，支护作业人员需要提升掘进工艺应用水平。针对地质条件良好的煤矿井下可以运用综合巷道机械掘进法，保持掘进机身低矮、具有良好破岩能力、整机结构紧凑，提升作业水平。针对具有大断面特点的煤层可以运用连续性采煤机开展掘进，应用高强度材料形成优质支护结构。第二，需要投入一定资金、加大设备投入力度。比如：在整个大断面煤层掘进中，可以选用TBM掘进机、盾构机，凿岩台车开展高质量煤矿井下巷道掘进顶板支护。

（4）改进支护模式。

某煤矿规模不大、历史悠久、采煤方式落后，支护作业人员可以选取“二二”式锚索支护方式，保持支护排距1.6米，一排在两个钢带之间、另一排在钢带两端垂直距离1.6位置。煤矿巷道支护改进后的方案与原有支护方式相比较，每一排都少用若干个锚杆、巷道顶板中两肩窝少用2排锚杆，即每向前支护100米就少用65根锚杆，极大节省了支护成本。

此煤矿在应用了新型支护方式，即改进掘进作业支护方案后，使支护结构最大位移量降低了15%，整个的塑形区深度也下降了2%，极大提升了煤矿井下巷道掘进顶板支护水平，保障了生产作业的安全程度。比如：在传统支护方案中，顶板最大位移量为45mm、锚杆最大轴力为185kN、锚索最大轴力为213kN、顶板塑形区深度为0.93m。改进后的方案顶板最大位移量为38mm、锚杆最大轴力为178kN、锚索最大轴力为209kN、顶板塑形区深度为0.9m[2]。

三、结论

综上所述，为保障煤矿生产作业质量和安全，有关人员需要应用好煤矿井下巷道掘进顶板支护技术，改善围岩应力状态，保持型钢稳定受力，依据巷道掘进施工设计图纸，明确支护作业材料的尺寸、数量，选取刚性材料、应用柔性支护结构，选取TBM掘进机、盾构机，凿岩台车开展高质量支护作业，提升支护水平，保障煤矿作业质量和安全，实现煤矿企业良好效益和价值。

参考文献：

[1]葛晓成.煤矿井下巷道掘进顶板支护技术研究[J].煤，2017，（03）：7374.

[2]贺智慧.煤矿井下巷道掘进顶板支护研究[J].能源与节能，2016，（10）：4344.

作者简介：李长浩（1990），男，汉族，黑龙江克东县人，本科，采矿助理工程师，研究方向：煤炭采掘及巷道支护方法。