煤矿井下巷道掘进顶板支护技术

孟宪富

摘 要：煤矿开采属于高危行业，巷道掘进工作同样风险很大。因此在工程施工时务必要采取有效的支护措施，以防止发生大面积的塌方事故合理选择支护工艺对于确保巷道掘进安全及井下工作面安全开采具有重要意义。加强井下巷道掘进工作面支护对于确保工作面安全开采具有重要意义。分析了煤层巷道施工特点以及锚杆、矿用支护型钢、可缩性支架的支护特点，并讨论了煤矿井下巷道掘进顶板支护质量的影响因素。在此基础上，以陈家半沟煤矿为例，讨论了该矿支护工艺及支护效果，供类似矿山巷道支护参考。

关键词：巷道掘进；煤矿；顶板支护技术；方式

引言

煤矿巷道支护是一项系统性的工作，需要技术人员掌握全面系统的技术，需要先进设备和合理科学的施工措施，同时要根据现场的实际情况合理设计并实施。

1、煤层巷道施工特点

（1）煤层巷道需沿煤层或岩层进行掘进，在掘进过程中，极有可能受到瓦斯突出威胁，故而在巷道掘进工作中，需采取瓦斯突出预防措施，并进行超前探水，消除巷道掘进的积水隐患。（2）一般采用掘进机进行巷道掘进，考虑到岩层和煤层强度，为确保巷道顶板稳定性以及消除采场动压带来的影响，需进行顶板支护，在选择支护工艺时，还需考虑到地压以及支护设备的实际服务年限。（3）由于煤层褶皱起伏以及断层的存在，在巷道掘进前，需根据矿山生产要求，准确确定巷道走向及掘进速度。

2、煤矿井下掘进巷道的支护形式

2.1型钢支护

矿井中采用型钢支护时，所选用的型钢必须符合支护的基本要求，在功能上要具有较好的抗拉性、抗剪性、抗压性与刚韧性（见图1）。巷道中支架所要承受的力，来自于纵横两个不同方向，纵向的力即为推动力，横向力即为荷载。因此，在采取支护前，要对承载负荷能力进行相应的准备工作。矿井所采用的支护型钢，其断面的几何参数在一定条件下可能受到来自于抗弯截面模量的影响，由此可见抗弯截面模量在此过程中的作用非常关键，不容忽视，由此决定了抗弯截面模量要保持与巷道支架承载负荷能力最大程度地相似。矿井所采用的支护型钢会呈现出几何形状，而支架本身也会表现出其特有的性能。从本质上讲，前者对后者起着决定性的作用。因此，在进行锁紧与滑移处理工作时，無论任何矿井所用的支护型钢，都要使其接触面面积以及平稳性达到与之相关的要求，以便于使受力情况达到最高的标准。

2.2预留煤柱

矿井预留煤柱支护从形式上讲，属于一种比较传统的巷道支护形式，巷道上区段为运输平巷、下区段则为回风平巷。此支护形式要提前做好预留，使上下区段之间保持一定的宽度，使回风平巷将支撑压力进行提升时，避开实际峰值区域。从技术角度上讲，预留煤柱支护技术同其他技术相比，在应用方式上相对比较简单，也会对通风、排水等方面产生较为有利的影响。然而，预留煤柱支护也会耗费大量的人力、物力和财力，在无形中就会使巷道的维护成本不断增加。这就需要在实际进行支护结构建设中，一方面要保证预留煤柱的有效性，使其发挥支护作用，另一方面还要随时观察井下的变化情况，与多元施工技术相结合，精确计算出围岩变形的周期数据，然后将锚杆支护适当地引入其中，以保证井下作业的安全与质量。

3、影响因素

（1）地质构造。在巷道掘进施工时，顶板支护会受到掘进工作面岩层的硬度、节理发育等诸多因素的影响。因此在巷道掘进施工过程中，需要详细分析地质构造特征，避免对掘进速度以及施工质量造成影响。（2）施工工艺。目前，钻爆法是较常用的井下巷道施工方法，但需在锚喷支护的配合下开展顶板206支护。相对于传统支护方法而言，钻爆法可满足巷道掘进施工质量以及掘进速度的要求，但在实际施工中若放药量控制不当或炮眼掌控不当，极易影响锚网喷的支护质量。

4、顶板支护在煤矿井下巷道中的应用

4.1巷道顶板的承载能力得到提升

在巷道掘进施工中需要首先将准备工作做好：井下巷道施工支护方式的选择一定要根据巷道围岩的力学性质及实际的地质构造情况来进行，对于巷道施工中的一些重点区域，比如冒顶和掘进工作面等，需要首先将安全技术方案制定出来；顶板支护的施工设计工作一定要做好，选择适合的顶板支护方式，同时完善好材料的尺寸及顶板支护方式等，对掘进作业的规程进行严格控制。

4.2强化支架强度

在初次挖掘井下巷道时，巷道容易出现位移和变形的问题。所以，在顶板支护方式的选择过程中，需要确保选择的支护结构具有较强的刚性和柔性，这样可以更好地缓解巷道的变形和位移问题，同时也利于保持巷道空间的完整性，防止日后出现大规模的返修。同时相互协调围岩的释压和让压间的关系，这样可以将巷道支护体自身的强度增加，让围岩的变形控制在允许的范围之内，围岩要定期进行释压，达到强化顶板支护效果的目的。

4.3完善设备与掘进工艺

对于一些地质构造好、基础条件好的巷道，在施工中应选择中心低、整机结构紧凑、破岩能力强的施工技术。这种掘进施工技术一般由悬臂式掘进机、单体锚杆钻机等设备组成，生产能力很强，同时也能较好的适应生产需求。于此同时可以选择使用液压马达，也可以直接驱动装载机构，因为液压系统本身就加上了自动的加油设备，所以具有很高的稳定性和可靠性。在投入设备方面，在巷道顶板支护过程中可以选择使用锚索、锚网等具有可缩性的支架，同时在施工中配合使用机械化的操作；此外，在掘进小断面的施工中，应使用凿岩台车，这样可以进行自动化的操作；在掘进大断面的施工中，可以使用综掘机、TBM掘进机等设备，这样可以将掘进的速度和施工质量提高，确保能一次成巷。

5、煤矿巷道顶板支护工艺改进方案

随着某某二矿井下采掘巷道的延伸，由于埋藏深、地压大、地质构造复杂、矿压显现强烈、巷道围岩变形量增大造成巷道变形严重等问题也逐渐显露，所以就有必要对现有顶板支护工艺进行改进。某某二矿主要采用了以下几种支护方案：①在巷道设计与布置上，首先要求巷道有足够的掘进断面，允许巷道围岩收；其次尽量避开压力高峰区，布置在卸压带内，使巷道围岩压力最小。②多采用封闭式、多层次支护系统，由不可压缩充填材料-让压层-承载层构成“三明治”型整体支架。③充分利用注浆加固法和锚-喷-支-网的联合支护方式，最大限度地提高巷道围岩的自支撑能力。④采准巷道全部采用拱可缩性金属支架支护；特别注重支护架设质量，同时还考虑提高型钢质量，加大型钢重量，增大支护密度。最终保持了永久巷道的稳定，减少了返修的次数，保证回采巷道安全生产，岩巷经二次支护后，巷道收敛变形率控制在2%以内，稳定后巷道变形速度小于0.01mm/d；有效控制了煤巷变形，使巷道顶板下沉量不超过100mm，两帮移近量小于200mm，断面总的缩小率小于10%，稳定后巷道变形速率小于0.05mm/d；实现某某二矿煤巷掘进速度不低于500m/月；岩巷掘进速度不低于90m/月。

结束语

井下掘进支护技术是煤矿开采最为重要的环节，在实际工作中，需要选择符合实际情况的支护技术，当前我国使用最为广泛的支护技术主要为支护型刚、可缩性支架和预留煤柱，需要对这方面的技术做重点的研究和探讨，以此来提高煤矿顶板支护技术的发展。

参考文献：

[1]李仕牧.煤矿巷道掘进顶板支护技术[J].内蒙古煤炭经济，2017（08）：54+66.

[2]马远.某煤矿井下掘进巷道支护技术分析[J].现代矿业，2017，33（03）：245-246.

[3]葛晓成.煤矿井下巷道掘进顶板支护技术研究[J].煤，2017，26（03）：73-74.