矿山工程井下巷道掘进顶板支护技术

王作军

山东华新建筑工程集团有限责任公司 山东泰安 271219

1 煤矿井下巷道掘进的支护技术

巷道施工时预留煤柱技术是煤矿井下巷道掘进顶板支护技术中较为传统的一种。一般情况下，进行顶板支护工作的施工人员在完成煤矿井下巷道上、下区段这两个部分的施工时，会用到较为传统的预留煤柱技术。与其他顶板支护技术相比，传统的预留煤柱技术所具有的优点是操作简单、便捷。相关的施工人员通过在顶板支护过程中应用传统的预留煤柱技术，可以在很大程度上增强煤矿井下巷道整体的通风能力和排水能力。但是与此同时，工作人员在应用传统的预留煤柱技术的过程中，会耗费较多的人力和物力资源，成本过高，这也是该项技术的缺点之一。除此之外，在应用预留煤柱技术的过程中，发挥顶板支护作用的煤柱损坏或者出现其他情况不能继续支护工作，就有可能导致煤矿井下巷道施工人员的生命财产安全得不到保障。煤矿工程采煤工作进行的过程中，由于作用力的一些特点，煤柱所承受的来自外界的压力会随着柱身传递到煤柱的底部位置，这样就有可能使煤矿井下相邻位置的巷道受到一定的影响，进而给整个煤矿井下巷道掘进顶板支护工作的开展带来风险和安全隐患。

2 顶板支护稳定性影响因素

对巷道顶板支护作用的有效性与稳固性有影响的不单单是煤矿节理和层理发育状况，还有巷道围岩褶曲的构造。在煤矿的地质情况极好的情况下，可以少使用一些支架在巷道内，这样对掘进的速度可以大大提高，同样，地质条件复杂的巷道内，对顶板支架的安置就需要增多，这样也会使得掘进的速度相对减慢，这也是为了保障井下工人的人身安全。

3 提高煤矿巷道支护技术的措施

3.1 加强巷道顶板的承载能力

巷道掘进施工技术准备工作包括：①结合井下矿压观测得来的资料和具体地质构造状况，选择与井下巷道现场施工相符的支护方式。在此基础上，对于在巷道内重点施工区域，应制定出完善的安全技术方案进行实施。②在设计井下巷道挖进顶板支护施工中，逐一完善材料数量和尺寸及支护顶板方式、临时支护形式等，对掘进作业规程进行严格控制。围岩最开始的承受能力与平衡情况在挖掘巷道时已经遭到了破坏，更何况还有回采工作的配合，这就会导致上覆岩层产生运动，使岩层的应力进行了重新的分布。伴随着采煤量的逐步扩大，工作面的大力推进，会使顶板随着工作面前后方向及侧向支撑压力在分布上有一定规律性的改变，只有将这些全部计算出来和全面掌握了，才能正确地对巷道开挖的时间及具体位置进行掌握。在进行开掘时，上一区段工作面的顶板停止运动后选择普通的巷道，这时在侧方向的顶板已经停止运动，老顶也已经触矸，再继续挖掘不会影响顶板结构的形成。通过对侧向支承压力规律进行实际测量得出，普通的侧向支撑压力大约会在2个月之后完全稳定，位置为工作面的后方大约50m以外，这就要求沿空掘巷的时间必须高于这个值。第二种关键技术就是对巷道开掘位置的掌握。巷道可开掘的位置共有A、B、C、D四处：D点为完全沿空掘巷的位置；C点是沿空掘巷留有小煤柱的位置；B和A点是大煤柱及有煤柱互巷的位置(如图1所示)。

通过侧向支撑压力的分布规律可以看出，如取B点作为掘巷点，那么巷道就处在支撑压力的最高点，就会对围岩造成过强的压力，在维护上就会出现很多的不方便之处；如果将A点设为掘巷地点，有利于对原岩应力区的维护，可是这样大的煤柱会造成很大的资源浪费。如果从C点的小煤柱进行掘巷，那么处于侧向支撑压力最高值附近巷道的实体煤侧，就会由于压力过大而产生严重变形，并且会使得空侧煤柱由于破碎失去支撑能力，这不仅将巷道的跨度增宽，还会使巷道的压力加大，导致无法完成对巷道的维护；选择D点进行完全沿空掘巷，本身巷道位置就是内应力场，巷道围岩压力相对较少，便于维护，最大程度地完成回采煤，但是，由于另一侧已经采空，就需要将防护工作做好，以防止有毒有害气体由于漏风的原因溢入巷道，所以对采空区就应该采取注浆防火密闭工作。为了降低掘进时冲击危险性，选择将区段煤柱取消，因此，D点作为巷道位置是最为理想的选择。由于破裂区已卸载了内应力，那么巷道沿着破裂带进行挖掘，在侧向的覆岩会对其起到保护作用，这就是内应力场，直接顶以及部分破碎老顶的重量就是巷道需要的支撑压力，这使得巷道压力相对较少，便于后期维护，其次，必须做好对巷道内的密闭工作以及防火工作。

图1 老顶岩层断裂后侧向支承压力分布示意

3.2 加大设备使用效率，完善掘进施工工艺

将先进的巷道掘进技术与科学的施工技术相结合：①在地质及基础条件都相对较好的巷道中进行施工时，对于掘进技术的选择应该是破岩水平高、中心位置比较低，机器相对较矮的综合化掘进技术。这种掘进施工技术通常使用悬臂式掘进机、单体锚杆钻机等这类设备进行组合使用，这种配合在生产力方面是很强悍的，并且符合地质条件及生产条件。使用这种掘进技术可配以液压马达共同使用，还可以直接将装载机构进行驱动，通过液压系统和自动化加油装置会提高其稳定性与可靠性。联合使用PLC这种类型的电气系统控制技术，对施工故障进行检测。②当断层面积较大时，就需要使用连续性掘进技术进行施工。对于多巷道的施工，需要使用挖掘技术进行施工。将快速掘进技术充分应用到掘进井下巷道进行施工，对于回风巷道可以利用锚杆钻车进行支护，这样相互配合交叉作业就能够顺利完成巷道支护。对于设备的选择与使用，必须配合井下巷道挖掘和顶板的支护，并且使用一些可以伸缩的支架进行支护，如锚索或锚网，结合专业的机械化操作进行施工。另外，对于断面小的施工区域，凿岩车使用自动化操作得以实现。在进行操作的过程中，对断面大的地段首先应该考虑使用综掘机和盾构机，这样能提高整体施工质量，达到一次成巷的具体要求。③在实际使用设备中，应定期检测设备，应及时检修不能正常运行的设备，以确保煤矿井下工作的顺利进行。

4 结语

当前形势下做好煤矿井下巷道掘进顶板支护工作不仅是客观需要，而且能够很好地提升煤企的效益，具有一定的现实意义。同时，也能够促进煤矿开采的效率和质量，提高了安全性。所以，作为煤企相关的技术人员，一定要夯实自己的技术能力，学习先进支护技术和经验，为煤矿安全开采做出贡献。