煤礦掘進工作面支護技術應用

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［摘要］針對目前煤礦巷道支護存在操作不規范、效率差的問題，對煤礦掘進工作面的支護技術進行了研究。基于目前煤礦廣泛應用的錨桿支護技術，對其工作機理進行了分析，結合實際工作經驗以及相關生產規范，對錨桿支護的設計方案、施工工藝、注意事項以及安全監測技術方案進行了系統的分析總結。應用實踐表明，該方案可實現對煤礦生產中巷道支護的規范指導，且具有操作效率高、詳細全面等優勢，能夠有效保障煤礦巷道支護的安全可靠。

［關鍵詞］煤礦；巷道支護；錨桿；安全監測

引言

煤炭是我國最主要的一次能源之一，我國煤礦生產的主要形式是地下開采。近年來，隨著綜采技術的不斷發展，煤礦開采深度以及開采強度不斷提高，所面臨的開采環境、地質問題也越來越復雜。在煤礦井下回采過程中需要挖掘大量的巷道，巷道的通暢以及圍巖的穩定性關系著煤礦的生產穩定及安全穩定，為了保障煤礦生產穩定安全，需要安全可靠的巷道支護技術。同時，隨著綜掘機的發展與應用，掘進以及開采工作的效率提高，也需要更為規范高效、安全可靠的支護技術［1-2］。為此，針對目前實際生產中存在的支護操作不規范、效率差的問題，結合相關資料以及生產規定，對井下掘進巷道的支護原理及技術進行了研究，系統分析了錨桿支護技術的工藝，總結了錨桿支護的規范化設計、施工、監測方案，提高了煤礦掘進支護的效率以及可靠性，保障了煤礦企業的安全生產，為企業增加了經濟效益［3-5］。

1支護技術介紹

煤礦巷道一般在礦井深處進行挖掘，深度從幾十米到幾百米不等，工作環境相對復雜［6-7］，在巷道掘進過程中，礦山地質結構容易發生變形，使巷道圍巖的壓力產生變化，引起頂板的垮落，因此需要對巷道進行支護。煤礦巷道支護技術經過漫長的發展，經歷了從木支護、砌碹支護、型鋼支護到錨桿支護方式過程。錨桿支護是目前發展較為完備，應用較廣的巷道支護技術。錨桿支護主要利用金屬、木材、聚合物或其他材料制造的桿柱，打入圍巖預先鉆好的孔中，其頭部及桿體依賴于錨固劑黏結作用將圍巖與穩定巖體結合在一起，尾部通過托板與螺母進行約束，通過錨桿改變圍巖本身的力學狀態，在巷道周圍形成一個整體而又穩定的巖石帶，對圍巖產生加固作用。利用錨桿與圍巖共同作用，具有抗拉和抗剪效應，能夠達到維護巷道穩定的支護目的。錨桿支護具有成本低、快捷方便、適用范圍廣、穩定可靠的優勢。錨桿支護由錨桿桿體、托板、螺母、錨固劑以及金屬網共同構成。錨桿的結構原理如圖1所示。

2錨桿支護設計

2.1錨桿支護機理

錨桿支護的作用機理主要包括錨桿的懸吊理論、擠壓加固拱理論以及組合梁理論等。錨桿的懸吊作用是利用錨桿將軟弱不穩定的頂板或者破碎松動的巖石吊掛在軟弱層或者松動區之外的巷道堅固穩定層，確保頂板或者破碎巖石不至脫落甚至坍塌。錨桿的擠壓加固拱作用是指在掘進巷道支護過程中，對錨桿進行等間距布置并施加預應力，錨桿之間會存在擠壓，形成壓縮區域。當在拱形巷道中安裝預應力錨桿時，錨桿形成的圓椎壓縮體將交錯重疊形成承壓拱，既可承受上方破碎巖石的載荷，又產生環向應力，使圍巖受壓狀態從單軸或者雙軸變為三軸，改善了承壓拱應力狀態。組合梁作用適用于層狀巖石，是指錨桿將層狀巖石連結緊固在一起，產生組合梁效應，對巖層的離層和滑動具有約束，同時提高巖層的抗彎能力。錨桿支護機理如圖2所示。

2.2錨桿支護方案設計

煤礦巷道錨桿支護在施工應用前首先需要進行支護方案的設計，利用工程類比法、理論計算法或者實測法，綜合考慮煤礦生產實際情況以及相關規范對各項支護參數進行設計。其中，應用較廣的工程類比法以及仿真分析都首先根據施工巷道圍巖物理力學性質、結構特征、地質構造等對巷道圍巖的狀況進行分類，依據不同的圍巖選擇不同的基本支護形式。根據基本支護形式以及錨桿支護理論計算錨桿桿體直徑、長度、間排距、設計錨固力、角度等主要支護參數，同時確定錨桿選用的材質、型號。其次根據錨桿參數對錨固劑進行選擇，確定其他搭配設備的參數。設計過程中依據初始設計、實施設計、礦壓觀測以及修改完善的設計流程，錨桿施工前需要進行拉力測試，以保障錨桿設計方案的科學可靠，同時謹慎使用新材料以及新技術，確保支護設計安全可靠、經濟合理。

3錨桿支護施工工藝

3.1錨桿支護施工過程

在錨桿支護施工過程中，首先根據施工設計方案進行施工機具、人員配備以及施工工序安排，待掘進以及臨時支護完成后，嚴格按照安全規范進行敲幫問頂，然后在掘進巷道圍巖上進行鉆孔，并按照設計方案確定鉆孔位置、鉆孔角度、鉆孔深度，確保鉆孔質量，鉆孔完成后再完成錨桿的安裝。錨桿安裝首先要裝填樹脂錨固劑，然后再裝入錨桿桿體，利用錨桿鉆機帶動桿體旋轉攪拌錨固劑到規定時間后等待固化，最后套上托板及螺母，擰緊螺母施加預緊力，完成錨桿的安裝工作。錨桿支護施工流程如圖3所示。

3.2錨桿支護施工注意事項

錨桿支護需要嚴格執行安全操作規范，按照設計方案進行操作；按照間排距在設計位置進行鉆孔，對打孔造成的孔內積水、巖粉進行清孔處理；在錨桿安裝過程中，需注意安裝角度合理并及時給錨桿施加預緊力；在錨固劑填充過程中需要填充密實，攪拌錨固劑過程需要持續且均勻，并按規定時間進行攪拌。

4錨桿支護安全監測

錨桿支護完成后，無論施工過程還是回采過程，都需進行必要的安全監測。安全監測通過錨桿測力計、頂板離層儀、單片機以及聲光報警器共同完成。其中，利用布置在頂板錨桿尾部的錨桿測力計，對錨桿受力進行的實時檢測，可直接顯示應力參數，判斷錨桿的受力狀態；此外，利用頂板離層儀，檢測巷道頂板的位移，每隔100m布置一組檢測儀器，地質復雜區域以及掘進工作面還需增加布置數量；檢測儀器連接著單片機，并將檢測到的數據傳輸給單片機，當檢測到頂板壓力以及位移異常時，通過單片機程序判斷支護狀態異常，并控制聲光報警器發出警報，達到支護安全監測的目的，確保安全生產。

5結語

針對巷道支護存在工作效率低以及規范性差的問題，對巷道支護技術方案進行了研究。結合生產實際情況，對錨桿支護的工作原理進行了分析，在此基礎上，總結設計了一套針對掘進工作面的錨桿支護設計、施工、監測方案。該方案具有規范全面、安全可靠的優勢，可大大提高巷道支護規范化水平，保障生產安全，同時減少工作量，提高煤礦生產效率。

［參考文獻］

［1］王海龍.錨桿支護技術在煤礦掘進巷道中的應用研究［J］.石化技術，2019，26（8）:332.

［2］王永濤，劉森，畢士鋒.煤礦掘進巷道錨桿支護新型檢測技術的研究與應用［J］.內蒙古煤炭經濟，2016（14）:19-20.

［3］安國.煤礦掘進巷道錨桿支護方式的應用與研究［J］.山東工業技術，2018（8）:91.

［4］張建國.煤礦井下掘進中巷道支護技術應用研究［J］.能源與節能，2017（8）:182-183.

［5］郭文孝，李瑞琴.煤礦掘進工作面臨時支護裝置工作阻力的設計研究［J］.煤炭技術，2018，37（1）:16-19.

［6］梁愛國.煤礦掘進工作面頂板支護管理技術［J］.石化技術，2019，26（8）:278-279.

［7］謝曉銘.近距離煤層掘進工作面過采空區支護技術研究［J］.內蒙古煤炭經濟，2019（9）:38.

作者：王磊 單位：大同煤礦集團有限責任公司