高强支护在采煤掘进过程中的技术应用

邹晨涛

（兖矿能源集团股份有限公司南屯煤矿 山东邹城 273500）

煤炭是现代工业生产和人们生活中应用最为广泛的一种能源资源，其在促进社会经济发展、提升人们生活水平中起到至关重要的作用。近年来，我国对于煤炭资源的需求量不断增加，采煤产业获得了快速发展。结合煤炭采掘实际可知，现阶段，离地表较近的煤炭资源已基本开采完毕，如果要增加煤炭产量，满足工业生产及社会经济发展需要，还需要持续性加深采矿深度。在采煤掘进过程中，积极开展巷道支护工作，能有效避免煤炭资源采空、围岩应力变化所产生的巷道移动、变形和坍塌陷落问题，确保采矿作业的安全性。高强支护是现阶段煤矿采煤掘进支护的常用技术，出于煤矿生产安全性考虑，有必要关注高强支护技术要点，确保采煤掘进作业的安全性和稳定性。

1 高强支护技术内容特点和主要作用

1.1 内容特点

提高巷道的牢固性和稳定性是高强支护技术应用的主要目的。在煤矿企业的生产过程中，采矿人员会系统收集、监测、分析巷道的基础数据，展开巷道实地检验，以此来完成收集信息判断和归类。随后，结合这些信息，采矿工作者会设计出具有较高科学性、可行性的支护方案，并通过该方案对矿井巷道整体稳定性不强的区域进行支护，这为后续的采矿施工奠定了坚实的基础。现阶段，在采矿掘进作业中，高强支护技术的应用范围不断扩大。结合矿井巷道支护实际可知，高强支护技术不仅具有操作便捷、安装简单的特点，而且其在矿井巷道支护中的安全性较高，成本较为低廉，具有广泛的适用性。从高强支护体系应用效果来看，其在提升煤矿掘进巷道围岩承载能力的基础上，有效地保证了巷道整体的稳定性，为采矿人员创造了安全的作业环境，有效地满足了新时期的采矿工作需要［1-2］。

1.2 主要作用

高强支护是基于采矿工作实际而出现的新产物，现阶段，其已经在煤矿开采中得到了普及和应用。从煤矿开采掘进和支护工作实际可知，高强支护技术的作用表现为如下几个角度。一方面，高强支护本身是一种切实有效的支护方式。分析采矿行业现状可知，当前，我国煤矿开采的环境较为复杂，一是随着浅表煤炭资源的减少，煤炭开采掘进的深度不断增加；二是采煤作业中经常会遇到不同类型的区域，这些恶劣的作业环境会给采煤工作开展带来较大影响，导致采煤巷道出现结构破碎、脱落、坍塌等问题。通过高强支护技术的应用，能从前期阶段避免这些问题的发生，保证了煤矿采煤掘进作业的安全性。另一方面，采煤掘进作业中，矿井巷道围岩滑移、坍塌、陷落等问题的发生会给采煤人员的作业安全带来较大威胁，因此，如果在采煤掘进的基础上开展同步支护工作，就能营造良好的作业环境，有效保证作业人员的安全性。此外，采矿行业本身属于高危行业，近年来，我国对于采矿行业生产与发展的重视程度不断增强。在煤炭开采过程中，严格遵守安全生产条例，进行生产人员、设备、技术、环境等多元要素的管理，是保证煤炭开采掘进工作安全落实的基本要求。采煤生产中，高强支护技术的应用适应了新时期煤矿企业安全生产的要求，构建了良好的采煤掘进工作环境，有助于煤炭矿产开采行业的有序发展。

2 采煤掘进过程中高强支护技术应用

2.1 锚杆支护

煤炭资源的采掘会使得原有的地层结构遭到破坏，这在改变矿井围岩结构应力状态的基础上，降低了围岩的稳定性和安全性。基于此，需对开采掘进的围岩进行支护。锚杆支护是应用较为广泛的一种支护技术，该支护技术体系下，井下工作者会将锚杆端部深入到较为稳定的地层当中，然后结合巷道实际，尽可能地组合锚杆，这样锚杆组合拱和组合梁会共同存在于巷道当中，有效地保证了巷道围岩结构的稳定性，避免了采煤工作面冒顶、陷落等问题的发生。相比其他支护技术，锚杆支护技术的应用本身具有较强的灵活性、适应性，在锚杆支护设计应用中，还应注重以下要点。

其一，在使用锚杆支护技术时，井下工作人员应注重岩层构造的认真排查，要求系统掌握巷道使用时间和围岩结构应力情况，结合巷道的实际情况进行锚杆结构设计。当采煤掘进巷道形成的时间较早，则其极有可能存在巷道围岩分化问题，这容易扩大岩层断面面积，对此，在使用锚杆支护技术时，应确保锚杆能达到1.5m左右的空顶距离，并且应配合做好混凝土喷射工作，确保采煤掘进工作面构造的稳定性。

其二，采煤掘进施工中，使用锚杆掘进技术还应重视锚杆长度的控制。通常，煤矿井下工作人员需在悬吊理论的指导下，系统开展锚杆长度参数的规划和设计。在实际计算中，需考虑巷道跨度、顶板煤层抗拉强度、原岩水平应力分量等因素，同时，需对锚杆安全系数、锚杆长度、锚杆有效长度等要素进行深层次分析，以此来实现锚杆具体长度的有效计算。

其三，在锚杆间排距设计中，应认识到Φ20mm×2000mm的等强左旋螺纹钢锚杆在煤矿中的应用较多，在其间距计算中，还需考虑锚杆直径、杆体抗剪强度、顶板抗剪安全系数等多元要素。

其四，除控制锚杆长度、间距外，还应注重锚杆安装过程的系统管理。通常，在锚杆安装打眼阶段，要求锚索孔深偏差保持在0～200mm，锚杆孔深偏差保持在0～50mm，钻孔直径与杆体杆直径偏差小于10mm。具体安装阶段，要求锚杆露出部分长度控制在螺母外10～40mm，锚杆排间距误差保持在±100mm 以内等，这样能有效保证锚杆支撑结构体系的完整性，提升支护效果，创造安全的采煤掘进作业环境［3-4］。

2.2 超高强喷射混凝土技术

煤矿深部巷道支护中，可使用超高强喷射混凝土技术进行支护管理，这与超高强喷射混凝土本身的技术优势具有较大关系。结合煤矿生产实际可知，深部巷道本身具有地质环境复杂的特征，这主要表现在作业空间有限、巷道封闭性特征突出、围岩构造不稳定现象明显等诸多层面，这些问题会造成采矿工作面围岩结构的不稳定，间接性引起围岩变形、松动等问题，影响了采矿作业的稳定性、安全性。对此，可通过超高强喷射混凝土技术进行采煤掘进面地支护处理。现阶段，超混凝土支护技术的应用包含两种基本形态，除潮式高强混凝土喷射技术外，湿式混凝土喷射技术也获得广泛应用。超高强混凝土喷射施工中，先需要进行骨料和水泥材料的搅拌，然后添加相应的水分来发挥湿润的功能，在完成材料混合配置后，需在压缩空气的做作用下，将材料推送到喷射区，这样能有效保证加强支护区域的稳定性。从煤矿采煤掘进面支护效果来看，使用超高强喷射混凝土技术后，能充分保证矿井巷道岩石结构的完整性，强化原有结构的强度，这样能在提升矿井巷道岩石稳定性和承载性能的基础上，确保采煤巷道掘进施工的安全性。

2.3 预留煤柱技术

预留煤柱是较为传统的一种支护技术，相比其他巷道支护技术，预留煤柱支护技术的应用过程较为简单、便捷，其能在保证巷道上下两区段施工安全的同时，实现巷道通风能力和排水能力的全面提升。但不可否认的是，通过预留煤柱进行采煤掘进巷道支护时，采矿企业需要消耗大量的人力、物力资源作为支撑，在该环节中，若受到外部压力，煤柱的荷载还会发生转移，即煤柱上部的荷载会通过柱身传递给巷道底部，这对于采煤掘进巷道其他部位具有较大影响，降低了煤矿巷道的安全性。另外，从预留开始后，煤柱长期、持续的处于高压作用下，在屈曲作用下，预留的煤柱有可能会损坏，这大大降低了煤柱对采煤巷道顶板的支护效果。新时期，为充分保证煤矿作业安全性，采用预留煤柱技术进行采煤掘进巷道支护时，还能够注重其应用要点的有效分析。

2.4 联合高强支护技术

新时期，人们对于采煤掘进使用的安全性提出了较高的要求，基于此，联合高强支护技术在采煤掘进巷道支护中得到了广泛应用。结合煤矿巷道支护实际可知，所谓的联合高强支护技术，重点应用在喷射混凝土支护构造功能退化的时候，该阶段中，既有支护结构的功能会逐渐退化，这降低了采煤挖掘巷道的整体性、完整性，容易引起安全隐患问题，可通过U型钢可伸缩支架进行联合支护处理。从应用过程来看，使用U 型钢可伸缩支架，能有效地适应煤矿开采掘进巷道的实际应用情况，并且在巷道变形过程中，其不仅考虑了煤层构造侧向变形，而且统筹了巷道顶板的变化，具有良好的防护效果。联合高强支护技术应用中，支护操作所使用的材料较为广泛，主要材料不仅包含混凝土、金属网，而且包含设计钢筋网、塑料网，其中，钢筋网背板的应用最为广泛。在该材料应用中，应先注重巷道的系统观察，尤其是要考虑巷道顶板的变化情况，为后期钢筋网背板的应用创造良好条件，同时，在具体应用阶段，应注重钢筋网背板与锚杆的结合，在此基础上，应使用U型钢可伸缩支，以此来形成具有更强支撑、防护性能的联合支护结构，确保采煤掘进巷道的稳定性［5-6］。

2.5 其他支护技术

现阶段，采煤掘进过程中高强支护技术的应用形式逐渐广泛，收缩支架支护、型钢材料支护也是两种较为常见的高强支护形式。采用收缩支架支护时，若支护巷道的对象截面积不超过28cm，则可采取Ⅲ类或者Ⅳ类可缩性支架对其进行支护应用；从支护效果来看，这种可收缩性的支护手段能够有效的提升巷道的稳定性和安全性，确保煤炭开采的效率与质量。而当使用型钢材料支护时，应深化其在圆形、椭圆形及半圆拱形巷道中中的应用。实际应用中，应结合巷道的结构形态选择型钢材料尺寸大小及横断面形状，同时，应注重巷道所传递的横向及纵向荷载可以得到有效承担，确保了井下巷道作业的安全性，此外，应做好材料本身控制，确保材料具有良好的抗压、抗拉及抗剪性能，满足巷道支护实际需要。

3 煤矿采煤掘进中提升高强支护技术应用水平的对策

3.1 系统开展采煤掘进支护准备工作

系统、全面地开展前期准备工作，能为高强支护技术的应用创造良好条件，确保煤矿采煤掘进巷道支护的整体质量。一方面，在煤矿采煤掘进及支护施工中，先应进行煤矿井下掘进区域地质水文环境的有效勘查，该环节中，除进行环境湿度、地质条件要素勘察外，还应准确了解采煤掘进巷道的地形、地貌，然后结合煤矿采煤掘进相关规定和标准，对这些因素进行分析，为后期掘进工艺应用和支护工艺的设计奠定良好基础。另一方面，初期阶段完成采煤掘进巷道支护方法设计后，还应对设计的方案进行深入讨论，结合现场踏勘结果，及时改进和完善支护方案中的问题，确保巷道支护方案能为后期工作的开展提供制度。另外，在确定具体支护方式后，应积极安排支护材料进场。在支护材料进场阶段，要求对材料的规格、质量和数量进行检查。以钢结构支护材料为例，除考虑材料抗压能力、抗剪能力外，还需要对材料的抗压能力进行检测，为支护材料的后期应用奠定良好基础，确保采煤巷道的稳定性、安全性。

3.2 重视采煤掘进巷道支架结构设计

支架结构在采煤掘进巷道中的应用较多，在高强支护技术应用中，应确保高强支护技术体系下支架结构应用的合理性。首先，在采煤掘进的初期阶段，就必须重视多元支护方案的系统设计，并做好设计方案的对比，实现采煤掘进巷道刚性支护与柔性支护的有机统一。其次，使用高强支护架构时，要求重视支护结构与采煤掘进巷道空间结构的对接，要求尽可能地保证空间结构的整体性，避免大范围返修问题发生。同时，支架材料的应用对于高强支护技术应用效果具有较大影响，采煤掘进巷道中所使用的高强支护材料较多，除螺纹钢锚杆、钢筋钢带、锚索外，金属菱形网、树脂锚固剂等都是较为常用的支护材料，在这些材料应用中，应重视其材质、规格、型号和用途的系统考虑。比如，在金属菱形网支护材料应用中，应选择10号铁丝完成护顶、帮等部位的处理，满足巷道整体防护需要。最后，在采煤掘进巷道支架结构设计应用中，还需要重视巷道围护结构内力作用演变的分析，并对支架结构的受力情况进行分析，确保支护体系的稳定性，满足煤矿采煤掘进防护需要。

3.3 新技术的推广应用

伴随着安全化生产的进一步发展，煤矿企业的自动化、机械化、智能化水平不断提升，这从根本上优化煤矿企业的生产方式和作业形态，并对细部环节的操作施工带来较大影响。就井下巷道掘进施工而言，新技术和新设备的应用实现了其施工效率和质量的全面提升，确保了作业人员的人身安全。因此，就整体支护过程而言，其同样需要进行新技术和新设备的推广与应用。例如，断面层是煤矿巷道掘进中经常遇到的问题，一旦断面呈体积较大，就会对整体的施工过程造成影响，此时，通过连续掘进新技术的应用，就可以实现这些问题的有效控制，并最大限度地降低顶板支护难度，确保顶板支护质量提升。

4 结语

高强支护技术的应用对于采煤掘进工作具有较大影响，其能创造良好的采煤工作环境，确保采煤掘进的安全性。新时期，煤矿工作人员只有充分认识到高强支护的内容和技术特征，结合煤矿开采实际，深化支护技术应用，并加强不同类型高强支护技术应用过程控制，这样才能有效提升采煤掘进巷道支护效果，保证巷道作业稳定性、安全性，促进煤炭开采行业的有序发展。