煤矿采煤掘进工作中高强支护技术的应用探讨

2023-11-23王曙光

大科技 2023年46期

王曙光

（中煤新集二矿，安徽淮南 232000）

1 高强支护技术及其应用特点

1.1 高强支护技术概述

采用高强度支护技术，在靶区建立高强度支护，以保证靶区更安全、更稳定，并有效地应对靶区可能发生的各种塌落、变形等问题。随着我国煤矿资源开发利用的深入程度越来越高，面临的情况也越来越复杂，在煤矿资源开发利用过程中，煤矿资源开发利用的重要性也越来越突出。在目前煤矿采煤掘进工作中，经常会应用钢筋混凝土柱、锚杆以及钢丝网等各种处理手段，可以根据不同的情况，采取与之相适应的处理方式，从而更好地强化相应煤矿采煤区域的稳定性。在目前阶段，树脂锚杆作为一种比较重要的一种高强支护技术应用材料，也要给予足够的关注，让它可以更好地服务于煤矿采煤掘进工作，确保相应工作面的稳定性和可靠性。

1.2 高强支护技术的应用特点

在煤矿回采中，采用高强度支护技术，能够更好地对围岩进行整体支护，确保煤巷中的巷道及围岩受到有效的支护，达到理想的高度稳定状态，为煤矿的正常生产提供了有利的条件。从煤矿采煤掘进工作中高强支护技术的应用特点上来看，其主要表现如下：首先，高强支护技术的应用可以更好地确保掘进工作面的稳固性，提高巷道及其工作区域的安全性和可靠性，尤其是对以往经常出现的一些松散和有坍塌隐患的地区，更是可以通过高强支护技术的应用获得较为理想的安全保障效果。与常规支护结构比较，高强支护技术的稳定性更好，必然可以适应目前日趋复杂的煤矿采煤掘进工作面及其巷道，最大程度地降低安全事故的发生概率。其次，高强支护技术应用更为便捷、高效，尤其是在煤矿下，因地质条件更为复杂，对高强支护体系的构建提出更高的要求，使得高强支护难以达到预期的防治效果。高强支护技术可以显著地简化施工处理过程，它能够在一定的高强度的组件的帮助下，在煤矿的采煤掘进工作面及其巷道中进行迅速装配，形成一种更加高效、可靠的高强支护结构，整个过程的工作强度不大，方便技术人员的操作和实施。除此以外，高强支护技术在煤矿采煤掘进工作中的应用还可以产生较高的经济效益，它不但可以通过防治安全事故来降低经济损失，而且还可以在高强支护体系的构建上，表现出较高的经济效益，整体操作更加高效便利，不会出现较高的材料费和人工费。在对高强支护体系进行长时间的维护与养护时，通常也不会有太大的投资，能够达到一劳永逸的效果，从而进一步提升高强支护技术应用的经济效益，极具推广价值。

2 煤矿采煤掘进中采用高强支护技术的优势

我国拥有丰富的煤矿资源，在早期阶段，煤矿的开发以浅部及相关的深部煤层为主，因其开发区域的局限性，导致煤矿的掘进程度较低。随着开采区地质条件的日趋复杂，开采过程中各种开采安全事故频发。根据不同的煤层特点，合理地选取合适的煤层支撑方式，是保证煤层安全的重要途径。高强支护技术的技术优点是：①它在煤矿资源区的巷道和岩石的支护中具有更好的作用，可以保证安全高效的施工。②高强度支撑技术对费用的要求较低，具有较好的技术性能价格比。③与该煤矿的高强度支撑技术和装备相匹配，在布置上比较简单，更加方便施工和作业。

3 煤矿采煤掘进工作中应用高强支护技术的主要问题

在煤矿采煤掘进工作中，经常使用技术的是喷射混凝土支护技术，它可以对所有的施工工序进行覆盖，在实际应用中，最常用的是水泥包沙支护和干喷两种形式。干式喷射是将混凝土、速凝剂、水泥等进行混合，再加入水形成可喷射的浆液，从而对混凝土进行强化。这一部分的技术要求比较高，对水泥、沙子、压缩空气等元素的运用，都要符合试验的要求。另外，由于矿区地质结构和周围环境的不同，由于采掘条件的严酷，造成支护技术的失败现象时有发生。高强度支护工艺与煤矿的开采工艺关系密切，但同时也是一个容易发生事故的部位。在煤矿中，采用的高强度支护技术在创新性方面并不是很好，在实施特定的支护时，很容易造成煤矿开挖区的裂隙和整体的滑移，从而造成岩石松动或开挖区的坍塌。由于高强度支护技术的隐蔽性和高强度支护工艺的复杂性，使得开采区的地质条件和工程匹配容易产生偏离，从而会降低煤矿开采的安全性。

4 煤矿采煤掘进工作中常用的高强支护技术

4.1 光爆锚喷网高强支护技术

利用锚杆支护的拱形效应，可以提高支护结构的支护强度，从而提高支护结构的抗剪强度。在煤矿的深部围岩位置增设加强拱结构，可以加强该段围岩的稳定性，同时也可以避免巷道的上部围岩变形、松动，从而更好的保障巷道在采矿工作中的掘进效率和作业安全。而且，锚杆还有一定的悬挂作用，它可以将塌陷的岩石固定在上面比较牢固的岩石上，用它来支撑塌陷的岩石，从而承受住塌陷的岩石的重压。此外，锚杆支护还有着一定的加固作用，在围岩巷道围岩中布设锚固，能有效降低深部围岩的承载能力，增加其强度，降低其承受的拉压应力。在高强支护技术中，将对应的锚杆支撑在分层的岩层上，这样就可以将对应的薄层岩石组成对应的梁，从而增强巷道本身的受力能力，保证巷道在工作中的安全[1]。

4.2 喷射混凝土支护技术

超高压喷射混凝土是指采用水泥包砂、干喷的一种新型的混凝土支护工艺。干法喷射混凝土支护技术是将水、混凝土、水泥、速结剂和喷砂机混合后，将其喷洒到煤矿巷道的围岩壁上。所谓的“水泥包”，就是用水泥包住沙子，然后用压缩空气将沙子喷到煤矿巷道周围的岩壁上，起到加固作用。在采用高强度支护技术前，采煤队通常要制定出一套合理的施工计划，并根据该计划选择合适的施工方法。

4.3 锚杆支护技术

在巷道围岩中，锚杆的作用机制为结合、连接和加固。①连通性。在不稳固的情况下，可采用锚杆锚固，使其进入相对稳固的地层中。②合并性。采用锚固方法，把对应的层状岩石结合在一起，组成复合梁、复合拱，以避免岩石的坍塌、滑落。③要强化基层工作。锚杆群根据一定规律，通过对黏结巷道周围岩石施加荷载，构成一个圆形的承载环，与普通的支撑框架不同，可以体现防御型支撑的特点。在实践中，首先，要根据巷道的岩层特性和断面形态，选择不同的锚杆配置，并要综合因素（巷道跟围岩受动压情况，使用年限，断面现状等）进行锚杆的设计。其次，要保证最小空顶距不超过1.5m，同时要及时喷浆，防止隧道支护结构出现分层、风化等问题。最后，在锚杆支护完毕后，做好检验工作[2]。

4.4 单体液压柱支护技术

在煤矿掘进作业中，在使用高强支护技术时，最常用的方式为单体液压柱，其使用主要是利用成型的单体液压柱设备，对所需的支撑区域进行合理的配置，以获得较好的支护效果。当采用单体液压柱时，往往要特别注意三用阀的安装和使用，在液压注液后，可以得到较为理想的主体提升效果，在达到最优高度后，可以对煤矿掘进工作面及相应的巷道起到良好的支护作用。由此可以看出，单体液压柱的应用相对简单、高效，在设置上也具有很大的灵活性，可以对各个需要支撑的区域进行灵活布置，从而在对高强支护工作量进行有效控制的情况下，达到所要求的高强支护效果。一般采用单柱式水平井，对其承载力提出很高的要求，一般情况下，单柱式水平井的初撑力大于90kN，以取得较为理想的支护效果。单体液压柱的布置也要严格把关，尤其是在柱距、排距以及距帮等重要参数的设置上，要结合实际情况，对其进行准确的控制，一般柱距和排距应该在1m 左右。单个水力柱可以在几乎所有的矿山中使用，没有比较苛刻的使用条件，因而能被广泛地推广和应用，促进其成为高强度支护点柱，对煤矿的掘进作业起到比较好的保护作用。为了更好地提高单体液压柱的使用效果，通常也可以将其与金属关节式顶梁进行联合使用，从而使对应的支撑体系能够构造出更加稳定、更加可靠、能够发挥更大作用的支撑系统。此外，单体液压柱在后续拆卸方面也有着明显的优势，在煤矿开采工作结束后，不需要进行高强支护，就可以很容易地将单体液压柱进行拆除，在合适的时间，将三用阀打开，就可以促使相应单体液压柱的压力消失，从而便于直接拆除，体现出较为理想的回收利用特性[3]。

4.5 预留煤柱的应用

在众多的高强度支护方式中，保留煤柱是最为常用的一种，它主要用于上区段和下区段的交界处。采用预留煤柱法施工，施工方便，可取得较好的施工效果。一些煤矿的巷道具有较差的通风条件和较低的排水能力，这会给煤矿开采带来很大的困难，而预留煤柱可以有效地解决上述问题。然而，该技术在实际运用中仍有诸多缺陷，如施工费用较高、后期维修困难等。因此，在具体的煤矿开采过程中，矿工们应该结合煤矿的具体条件，对各种高强度的支撑方式进行合理的选择，从而使开采工作的经济效益达到最大。

4.6 高强支护技术的创新应用

由于煤矿生产的特殊性，煤矿生产安全事故时有发生，而且死亡率较高。据有关资料显示，在煤矿开采过程中，顶板破断的概率最大，其致死率可达到50%以上。煤层顶板破断的根本原因是煤层的稳定性差，而高强度支护的作用就是提高煤层的稳定性。在煤矿开采过程中，要根据具体条件，对高强度支护技术进行创新和运用，才能取得较好的应用效果。高强度支护技术就是在一定条件下，对巷道中的锚固体进行有效的保护，并保持其整体性，从而提高巷道的稳定性。在常规的煤矿开采作业中，极易对巷道围岩造成破坏。采用高强度支护可以使巷道内的地应力场得到改善。同时，对有关模具的品质进行严格的管理，可以在确保产品品质及成品率的前提下，大大减少有关模具的投入周期。在实际的采煤作业中，需要结合矿区的地质条件、自然环境等因素，准确的确定岩石中的锚固长度，从而确定最佳的支护方式。在确定支护模式之后，根据井下巷道的实际状况，对支护模式进行综合试验，确保其能够满足设计要求[4]。

5 煤矿采煤掘进工作中高强支护技术应用注意事项

5.1 做好现场勘测

当在煤矿掘进工作中运用高强支护技术的时候，要想让它具有更好的适用性，就是要在开展前期的现场勘查工作前，让技术人员对煤矿掘进工作面和巷道有更深刻的认识，只有这样，他们才能有针对性地选择高强支护技术，并设置与之相适应的支护方案，这样就可以防止一些不实用问题。这就要求技术人员要对煤矿的地质数据进行全面的分析，并注意对每一个不同的地区进行实地勘查，对松驰圈和顶板岩层的基本情况有一个了解，这样才能确定高强支护技术的作用对象。当然，在开展实地勘查工作时，除要充分考虑岩层、煤层的特殊状况之外，一般还应与煤矿掘进工作的需要紧密地联系起来，确保煤矿掘进工作面和巷道可以为开采工作提供一个安全、可靠的工作环境，尤其要注意对空间尺寸的诉求，以免在后续高强支护处理过程中产生严重的干扰问题。

5.2 关注实时状态

在煤矿掘进工作中，高强支护技术的应用还应注意对相关围护结构的实时状况进行全面的掌握，从而能够及时地发现潜在的异常问题和病害，并采取相应的对策进行处理，防止出现恶性问题。例如，在高强支护技术应用的早期，经常会在相应的支护结构中产生裂缝，甚至是滑动的危险，这就要求技术人员对此给予足够的重视，如果发现相关的问题，就需要对其进行及时的处理，并采取适当合理的修补方法，或再次进行支护作业，以达到彻底消除一切安全隐患的目的。在后续的长期煤矿掘进工作中，若高强支护体系发生异常的改变，或由于所处的环境条件发生改变而造成能力不足，则要对其进行及时的优化调整，以提高高强支护效果[5]。

5.3 注重支护材料运用

在煤矿掘进工作中，高强支护技术的使用效果也与支护材料的最佳选择密切相关，如果支护材料的质量有较大的问题，或者是种类的选择不恰当，都会影响到最终的高强支护效果，所以应该把它作为施工技术处理的重点。例如，在使用锚杆支护方式的过程中，就应该对锚杆的选择进行严格的审核，在保证锚杆自身尺寸和参数指标满足高强支护的要求之外，还应该对其质量进行重点审核，并对其质量情况进行检查，发现有严重不合格的锚杆，应当及时进行更换。