复合支护技术在巷修中的应用

赵以保

【摘  要】近年来，复合支护技术煤炭综掘中广泛应用，其克服了单一支护方法的弊端，在大断面煤层开采中发挥着重要作用。叙述了复合支护技术及其必要性、煤层巷道支护原则和要求，并针对厚煤层掘进中复合支护的应用进行了分析。

【关键词】复合支护;厚煤层掘进;煤层巷道

引言

煤炭资源是重要的战略物资，在厚煤层的掘进过程中要对巷道进行支护加固，为煤矿的连续开采和运输提供便利，同时煤层支护为安全生产提供保障。当前复合支护技术在厚煤层的掘进中应用较多，其中金属支架和锚网支护是两种常用的复合支护形式，在具体的支护操作中，要注重钢拱架支护操作和锚杆安装流程，提高厚煤层复合支护的质量。

1复合支护技术及其必要性

1.1复合支护技术

复合支护是煤矿开采中的专用名词，相对于单一化的支护方式，复合支护将多种支护方法联合应用，有效满足厚煤层开采的特殊要求。复合支护是指将锚杆支护、注浆支护、钢材支护、拱架支护及混凝土支护等结合在一起，通过多种支护方法的配合使用提高煤层掘进施工的安全性。

1.2复合支护技术必要性

复合支护技术是为了提高支护强度，适应厚煤层开采需要，随着煤层开采的深入，煤层巷道的承载压力逐渐增大，从而造成开掘巷道受压变形，甚至会出现巷道断面受阻，从而威胁煤矿生产的安全性。单一化的支护方式采用工字钢梯形支护、U型钢半圆拱支护及锚网支护，这些单一化的支护方式无法满足高承载力下的支护需求，当前单一化的支护方式存在如下问题：（a）支护方式较为落后。例如在煤层中常用的工字钢支护属于被动支护，其承压性能较差，无法承载厚煤层的巷道压力，从而造成巷道受压冒顶，甚至引发瓦斯聚集;（b）支护强度不足。

2煤层巷道支护原则和要求

2.1巷道复合支护原则

对厚煤层的巷道支护，要做好顶板和两帮的支护，同时要强化对底板的支护治理，避免出现底鼓的工程病害，充分发挥煤矿自身围岩的承载能力，提升支护结构的承载力和地质适应性，保证煤层巷道静动压的稳定，防止出现支护结构返修加固。通常而言巷道复合支护原则要秉承三个原则，即强化顶板控制，保证安全生产;全断面支护，强化底脚加固;高阻让压，改善围岩受力结构。

2.2巷道复合支护要求

巷道复合支护要满足释放高应力的要求，复合支护要设计卸压孔，预留围岩收敛的变形量，同时复合支护要优化围岩的承载力，提升其承载强度，选择完整的围岩作为支护辅助，并利用锚杆和锚注配合支护进行围岩加固。合理设计支护结构和参数，注重巷道底鼓的控制，可采用长锚杆和底板锚杆配合使用进行顶层控制，以锚网和钢梁组合支护提升巷道的整体稳定性。在施工条件允许的前提下，可以采用高强度锚索支护配合U型钢支架或锚网和工字钢支架联合支护方式进行巷道加固。

3厚煤层中复合支护技术的选择应用

3.1厚煤层巷道复合支护机理分析

随着煤层开采推进，煤层巷道逐渐深入和加宽，巷道内的围岩应力状态由三维应力逐渐变为二维应力，巷道内最大应力点是围岩壁的切向应力，而沿着巷道的径向应力则是最小的应力，巷道周围的径向应力为零，径向应力随着围岩内部扩展而逐渐增大。巷道围岩应力变成二维应力之后，当巷道的深度超过软化临界深度时，就会出现巷道围岩破坏的现象，巷道避免的围岩应力承载最大，且最先发生破坏，而按照围岩应力分布可划分为4个区域，即塑性流动区域、塑性软化区域、塑性硬化区域、弹性区域，后2个区域属于不稳定区域，需增加支护力才能维持承载应力的平衡。

3.2金属支架复合支护的设计

厚煤层巷道复合支护可以采用可压缩金属支架支护，尤其是对掘进区域发生冲击的地带，可压缩金属支架能提升围岩承载力，避免巷道出现冒顶或坍塌事故，保证煤层掘进的安全性。通常可采用半圆形的拱顶断面设计，对开采煤层进行锚网索支护，同时采用工字钢搭建拱形支护，这种拱形支架具有可压缩功能，有效提升了抗侧压能力。为了进一步提升支护效果，对支架腿扎角进行优化设计，根据工程模拟推算采用85°最佳，拱形支护的棚距为0.8 m，支架之间采用金属连杆进行对接，将巷道断面进行扩展，从而提高了巷道的通风性能和瓦斯排放能力。

3.3 锚网支护设计

当煤层巷道开挖时，要对巷道应力进行模拟和调整，由于应力集中区逐渐转移到围岩深部，围岩应力区域中的塑性软化区应力结构较为稳定，能实现围岩自身稳定，而塑性流动区则容易发生弹塑性变形，从而产生剪切变形，造成巷道结构破坏，根据巷道支护工程经验，塑性流动区的厚度在1.5m左右，对该区域要进行特殊的复合支护。锚网和锚杆复合支护设计要综合考量锚杆类型、排间距、锚固力及底部锚杆下扎角度等，对厚煤层的塑性软化区域要进行强化加固，对锚网支护的组合拱起到悬吊作用，选用锚索作为加强支护。

4厚煤层掘进中复合支护技术分析

4.1复合支护操作要领分析

复合支护的施工技术较为复杂，其施工操作要配合煤层掘进，要在煤层开挖之前进行施工设计，一般来说，要在开挖之前对煤层壁的孔道进行注水处理，通过使煤层产生胶结固化来提升围岩的自身承载能力，在煤层壁注水的同时要及时进行瓦斯的释放，减少施工的危害源，提高施工安全性。锚杆应穿过钢带和金属网，当锚杆进入到巷道顶板后，将钢带和金属网压紧，并在连接孔进行树脂注入，保证锚杆和巷道顶板结合紧密，对树脂药卷的使用，要注意先使用凝胶速度快的凝胶，再使用凝胶速度慢的凝胶，保证凝胶混合均匀，严格控制搅拌时间为25s左右，待树脂固锚剂发挥固定作用之后再开始紧固螺母。

4.2锚杆安装流程

对于顶板锚杆的安装，在安装前要进行围岩处理，事先处理有危险的岩石，并在围岩拆除的位置进行锚杆安装，根据巷道围岩的应力状况设计定眼位，并进行钻孔施工，钻孔位置要垂直巷道顶板，钻孔的深度避免出现过深或过浅的现象，钻孔到设计深度之后，要进行钻孔的清理。对安装在托板的锚杆，要事先将周围的浮煤清理干净，用锤子敲击锚杆进行加固，使其紧贴岩面以保证锚杆具有较大的初锚力，紧固后锚杆外露长度要适中，尽量控制在20mm～30 mm之间的范围内，保证锚杆支护效果最大化。

4.3钢拱架支护操作

在厚煤层掘进支护应用中，钢拱架支护对软破碎岩层支护有很有效的作用，尤其是在煤层掘进早期，用钢拱架配合混凝土喷射复合支护能提升钢拱架的载荷力。通常而言，常用的钢拱架包括U形钢拱架、工字钢拱、钢筋格栅钢拱架，工字型钢拱架的应用最广泛，其刚度较大，承载能力较强，主体钢拱架在安装施工时，要先进行立柱操作，后续操作上拱部分，现场采用螺栓连接，并进行焊接，钢拱架间距设计为0.6 m，由外向内安装。钢拱架操作之后再配合混凝土浇筑施工，对巷道围岩边墙进行混凝土浇筑，尤其是在立柱和钢拱架连接柱进行混凝土加固，设置5cm厚度的混凝土能有效加固，同时混凝土施工要根据巷道现场的状况进行控制，具体浇筑厚度和浇筑时间都需进行模拟计算，最大限度保障支護效果。

5结束语

厚煤层地质条件较为特殊，随着开采煤层加厚，其自身围岩的稳定性相对较差，因此巷道支架的承载力较大，同时增加了煤层巷道交叉点的支护难度。在厚煤层巷道支护中，容易出现煤层断裂、空隙发育的问题，一旦支护设备应力改变，会造成次生裂缝的极度发育，煤层出现松软易碎的工程难题，从而引发煤炭生产安全事故。复合支护将锚杆支护、注浆支护及钢材支护等单一的支护方式同时应用，满足了厚煤层开采的需求，极大提高了煤矿开采的安全和高效性。

参考文献

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