复杂地质条件下巷道掘进支护技术及应用探讨

2021-11-21李银谦

商品与质量 2021年1期

李银谦

山东方大工程有限责任公司山东淄博 255150

煤炭企业，尤其是采掘工作，是事故高发、危险性高的行业，在煤矿事故中除了瓦斯爆炸，以煤矿顶板事故为最常见的煤矿事故。之所以会出现顶板事故，主要是在掘进过程中，随着掘进的不断推进，支护工作跟不上工程进度，临时支护措施不可靠，就有可能出现巷道塌陷，不仅制约了工程进度，更是对工作人员的生命安全造成了极大的威胁，不仅危害企业的效益，还会影响企业的正常运行和长期发展。

1 煤矿掘进的地质条件

1.1 地质结构

关于地质结构，其具体指代地层在内部和外界应力的共同作用下，岩层或是岩体产生形变、移动或是断裂而形成的地质形态。通常可以分为倾斜、水平、褶皱等地质结构。在较为复杂的地质状态中，断层的走向和落差具有众多变化，地质结构无法得到有效预测。尤其是在临近地质构造的过程中，因为支护、掘进等操作带来的影响造成岩体受到的应力重新分布[1]。

1.2 煤岩性质

煤矿巷道掘进工作的开展中，打破了巷道原本的应力平衡，周边岩体的应力会进行重新分布，巷道的底板、顶板也会移动，并发生变形的情况。尤其是在软岩中进行巷道掘进工作，岩体移动及变形的情况会更为显著，因此需要尤为关注巷道支护的监督管理，根据实际情况变更相关技术参数。关于软岩，其成分中包含蒙脱石和高岭石等，导致其在遇水时容易发生膨胀的情况。软岩本身强度不高，遇水之后会发生水理作用，强度会变得更低。正因如此，软岩巷道若是形成时间较长，在水理和应力共同作用下，巷道的两侧会凸显出来，底鼓会发生严重形变。

2 复杂地质状况下煤矿巷道掘进中存在的难点

2.1 应力问题

煤矿掘进过程中会受到应力的作用，应力决定了巷道的稳定性，其与巷道的安全性有着密不可分的关系。然而目前煤矿开采中，开采的深度逐渐加大，对这一过程中产生的应力大小也造成了一定影响，在顶板岩性发生变化的过程中，受到的压力也会变大，这样严重损坏了起拱围岩，造成较为明显的干扰，这种情况导致的地质问题需要引起我们的关注。

2.2 巷道掘进的安全性受到顶底板松散程度的影响

关于巷道顶底板，其成形存在很大问题，难以达到预期的稳定性，在实际应用中，容易产生比较显著的散乱情况，造成一定的安全隐患，因此需要做好相应的管理工作，对其松散程度加以分析，如此便可以采取相应措施对其加以处理。

2.3 地质结构中的断层会影响煤矿开采的安全性

开采煤矿过程中经常会遇到一些复杂的地质结构，这些地质结构通常会存在一些断层的情况，阻碍了巷道掘进工作的有序推进，这就需要从各个层面对断层结构造成的影响加以分析，并采取一定措施进行解决，确保掘进工作更为良好的开展，特别是针对坡度较大巷道的掘进工作，应该予以高度关注[2]。

3 煤矿采煤掘进支护技术分析

3.1 临时支护技术

通过综掘机的液压系统，形成临时支护，是工程中普遍应用的临时支护技术。应用这项技术需要首先检查掘进机系统的稳定性，以及液压锁装置的性能，在设备良运行的前提下，可以实现提高支护效果，保障作业的安全性。

3.2 直接破顶技术

通过掘进机实现断层顶部的破除，实现围岩保持在相对稳定的状态下，锚网索可以起到一定的支护作用，主要应用于岩层坡度较大的情况。但岩层厚度小于5 米时，容易出现破裂现象。

3.3 退后卧底技术

当顶板与顶板断层的落差小于2．5 米时，可以采用掘进机的退后卧底技术，保证卧底能一直处于前进状态，达到一定的支护效果，并保证煤矿顶板的完整。

3.4 锚杆支护技术在煤矿掘进巷道中的作用

锚杆支护技术主要发挥的作用就是悬吊作用，为使掘进巷道更具有稳定性，施工人员可利用锚杆将层状围岩中稳定性较差的岩层悬吊起来，并起到明显的支护作用。但这一支护方式也存在一定的局限性，若围岩岩层自身的稳定性未达到支护的要求，则这种支护方式反而容易对巷道的稳定性起到不良影响。

如果煤矿掘进巷道的围岩岩石层属于多层次的岩石结构，则施工人员可采用组合梁锚杆支护的方式，利用锚杆锚固搭建成岩石的板梁，使多层围岩的稳固性得以提升。因为锚杆的支撑性能较好，不易受剪力而损坏，故这一支护方式可以有效地避免围岩岩石层出现松动或错动。除此之外，这一锚杆支护方式可有效地提升顶板抗弯性能，使支护顶板地承载能力得到大幅的提升。况且，我国煤矿资源中，多数的煤系围岩都属于出层状，锚杆支护的形式对于出层状的煤系围岩具有较强的支护作用，故该项技术得到了广泛地应用。

3.5 砌碹支护技术

砌碹支护在当前我国煤炭行业中是最基本、最常用的井巷支护方法，主要分成：料石砌碹、混凝土砌碹。主要适用于煤矿井下的不受回采影响，服务期长的巷道。具有如下优点：本身砌碹支护是连续整体，对围岩能起封闭作用，防止其风化；且非常坚固、耐久以及防火、防水、阻水、通风阻力小。而且材料来源广泛，多数可以就地取材。但是其也有缺点，砌碹支护主要承受顶部压力，对于顶压不均匀或者不对称、侧压较大的情况，受力较差，容易出现裂缝。而且不能立即产生支撑能力，需要养护时间，且造价较高[3]。