煤矿掘进巷道支护技术与顶板管理

张利民

（兖州煤业鄂尔多斯能化有限公司安源煤矿，内蒙古鄂尔多斯017205）

1 引言

煤矿巷道的顶板支护的可靠性以及速度成本，直接影响着煤炭企业的安全生产状况及经济效益，为了更好地提升企业的经济效益，降低生产开采成本，提升开采的质量，笔者通过分析常见煤矿井下巷道的支护方式，进一步提出了在当前开采过程当中，顶板支护存在的问题影响因素和加强巷道掘进工作面顶板支护的控制措施，以为开采工作提供更加安全高效的技术支持，提升我国煤炭开采的整体水平。

2 煤矿巷道支护方式存在的问题和影响因素

2.1 煤矿巷道支护方式存在的问题

在开采的过程当中，由于围岩的稳定性较差，煤矿巷道的支护难度会大大增加，如果出现了过大的变形或者是位移，也就可能出现破坏巷道的现象，特别是在一些岩体较为松软的地方，如果出现这一类的问题，便无法发挥其其中的作用，经过多次返修，如仍无法满足要求，那么这一地段的开挖将会陷入瓶颈，在煤矿巷道挖掘的过程当中，围岩的岩体遇到水之后，会产生很大的膨胀力，围岩在过大的挤压力的作用下会产生变形，直接影响支护结构的稳定，在掘进过程当中，受到重力因素的影响，顶板也会出现掉落的现象，加之层理结构的发育和变化，顶部的裂缝容易增多，并且易发生开裂，甚至还会产生围岩离层，甚至发生冒顶事故。

2.2 影响因素

地质构造施工技术会影响整个开采过程的稳定与安全，在井下巷道开发的过程当中，会受到煤矿地层的发育状况的影响，褶皱构造稳定性较好的地方可以加快施工，但是一般的煤矿井下都属于复杂的地质结构，掘进的速度和质量会受到很大的影响，在褶皱断层的地质条件下，煤层的厚度也发生较大的变化，其稳定性和支护结构容易发生垮落等一系列的问题[1]。同时施工技术也会影响到开挖的稳定性，一般采用锚喷支护的方式进行顶板支护，这种方法使安全性和工作质量得到了提升，但是如果炮眼掌握不当，或者是药量不够，也会降低锚网喷支护的质量，在一些巷道较为密集的地区，在开挖第一条巷道时，由于地面地表的岩层受到了破坏，那么其他地方也会受到影响，顶板支护的难度将会大大增加。

3 掘进巷道支护方式

3.1 锚杆支护

在我国，锚杆支护是煤矿巷道首选的支护方式，因为它可以有效改善煤矿巷道的布置方式，提升煤炭的产量以及经济效益，这种支护方式主要的支护结构，包括锚杆杆体、托板、锚固剂、钢带和一些网等，锚杆的主要作用在于抗剪、抗拉，而托板是围岩与锚杆尾部相互接触的主要构件，通过施加适当的扭矩给螺母，使得巷道表面的托板受到挤压，将预紧力提供给锚杆，并不断扩散到煤体之中，使得围岩的外部应力状态有所改善，有效解决裂隙张开，结构表面滑动等围岩出现的一系列问题，当围岩出现变形的状况时，托板可以将围岩变形产生的荷载传给锚杆杆体，使得锚杆的工作阻力不断加大，抑制围岩变形状况的出现，而网紧贴于巷道的表面，能够提供支护的力量，并且能够防止围岩当中的破碎岩块对巷道造成阻塞，或者是垮落的问题，为施工的展开提供更加安全可靠的环境，成本较低，因此受到了广泛欢迎。

3.2 矿用型钢支护

当前的煤矿矿用支护型钢主要采用工字钢和U型钢两种，一般煤矿为椭圆形或者是半圆形，在这些巷道断面当中，这类矿用的支护钢型的韧性较好，并且能够抗剪、抗压、抗拉，这两种钢具有很强的优势，所以得到了广泛运用，在煤矿巷道掘进过程当中，工作环境相对复杂，所以矿用支护型钢必须具备很高的性能，在煤矿井下巷道掘进过程当中产生的横向负载和竖向的推动力，必须由支护架进行承担，在使用之后，架的横向与纵向的两个方向上都必须要具备足够的负载能力，截面抵抗矩直接影响着高架断面的集合参数，所以要对其负载能力和截面抵抗矩的数值进行科学分析，以保证两个数值相互接近，来提高支护架的应用能力[2]。

3.3 可缩性支架

支架的极限承载能力受到支架是否发生塑性变形的影响，所以在实际过程当中，实际的承载能力是指煤矿巷道的可缩小支架在紧缩过程当中所出现的负荷承载能力，受到煤矿巷道之下的工作状况、工作环境以及构件连接的影响，一般情况下，煤矿巷道的实际承载能力与极限承载能力相差不大，为了保持最好的状态，必须对其极限值进行计算，保证其实际承载能力与极限值之间的数字差距较小，来使支架达到最好的工作状态，为开采工作的展开，提供更加便捷的条件。

4 顶板控制技术措施

4.1 加强技术装备，提升承载能力

为了使巷道顶板提升承载能力，必须要强化巷道掘进前的施工技术准备，根据煤矿矿压观测资料，实际的地质构造，以及围岩的力学性质等当地的实际具体情况，有针对性地选择煤矿井下巷道施工现场的最佳支护方式，针对重点施工地带，例如冒顶处理，掘进工作面，巷道开口等等，必须提前制定有针对性的安全技术措施方案，要求专业人员对施工设计明确支护方式，临时支护形式，以及所需要的材料数量和尺寸等，根据计算的数值和相应的资料严格制定并执行掘进作业规程，要求所有的人员对其进行蹲守，严格遵循作业的规程，不得出现违规操作等一系列的行为[3]。

在实际的施工过程当中，不管采用哪种支护结构，必须要保证开掘巷道的光滑与平整，并且光滑度与平整度要达到最大的程度，首先采用的是爆破的方式进行光面爆破，以锚喷支护，使得围岩的完整性和稳定性加以提升，避免围岩层出现松动，同时能够降低松动的程度，使得顶板自身承受的负荷能力得到加强和提升，来使整个支护体结构的和围岩共同完成承载，为施工创建一个安全的环境。

4.2 强化支架强度

支架的承载力能够为巷道的安全开发提供更为有力的保障，在煤矿井下巷道进行初期的挖掘时，巷道极易产生位移或者是变形，要求选择支护方式时，尽量选择初具柔性后具刚性的支护结构，以缓解出现的位移和变形问题，有利于巷道空间的完整性以及光滑性，降低返修的次数和返修的任务量，后期的维护工作成本将大大降低。通过强化支架的强度和围岩的光滑程度来加强双方的协调能力，使得围岩能够在适当的范围内进行变形，增强了巷道支护体的支护能力和支护强度，强化顶板支护的效果。

4.3 加强新技术和新设备的应用

科学技术的不断发展，使得开发的技术和设备不断更新，在开采的过程当中，主要使用了悬臂式掘进机，单体勘探钻机和其他供电设备，其生产能力较强，对于一般的地质条件都较为适应，在施工技术当中，可以采用液压马达直接驱动装载的机器，而液压系统自动设置了加油装置，其稳定性与可靠性大大提升，PLC技术作为主要的控制技术，能够对故障进行及时的诊断和检测，为支护工作的展开提供了技术和设备的支持[4]。

总之，在煤矿巷道开挖过程中，必须辅之以必要的支护手段和新兴技术，保障开挖的安全性和可靠性，提高企业的经济效益，为我国提供更为可靠的能源保障。