摘要：中国是一个贫油、少气、富煤的国家，保证煤炭资源的产量对国家经济的发展具有重要意义。经过多年的开采，中国浅部煤炭资源已经枯竭，不得不进入深部矿井开采。一般而言，若矿井的深度超过1000m，称之为“深部矿井”。深部矿井中地应力比较大，各种灾害发生的频率会大大提高。为了实现对深部煤炭资源的开采，就需要控制深部开采时围岩的变形。传统的支护技术已经很难满足深部矿井开采的需要，因此，需要开发高强支护技术。高强支护技术是在传统支护技术的基础上进行改良，使其适用于深部矿井的开采。在应用高强支护技术后，采掘施工的安全性能够得到保证，有助于实现矿井的高产高效。本文分析了高强支护技术的基本原理及其特点，并分析了其在采掘中的具体应用。
关键词：煤矿；深部开采；掘进；高强支护技术
引言：为了实现对深部煤炭资源的开采，需要控制深部开采时围岩的变形。传统的支护技术已经很难满足深部矿井开采的需要，因此，需要开发高强支护技术。高强支护技术是对传统的支护技术进行改良，使其适用于深部矿井的开采中。高强支护技术是通过在巷道的顶部采用预应力支护设施，使其在变形时能主动承担应力，从而控制巷道的变形。分析不同地质条件下高强支护技术的应用情况，有助于深刻认识高强支护技术的价值。
1.高强支护技术的基本原理及特点
支护的目的是通过一些支护设施来实现对巷道围岩的加固，从而有效控制围岩的变形，保证巷道的安全使用。高强支护是通过在巷道的顶部采用预应力支护设施，使其在变形时能主动承担应力，从而控制巷道的变形。高强支护技术与普通支护技术的区别在于，前者使用一些加长或加粗的锚杆来施工，换句话说，就是要增强锚杆的承载能力，扩大其支护范围，从而更有效地控制巷道的变形。从现场施工效果来看，高强支护技术的特点主要体现在以下三方面：a)支护成本相对较低，且施工较容易。相比于其他的支护技术，高强支护技术的应用范围更广，而且施工非常方便，降低了对支护材料的需求量，有效地控制了支护的成本。b)施工工艺简单，工人的劳动强度低。高强支护用到的很多部件现场组装十分方便，且质量较轻，便于携带，大大降低了工人的劳动强度。c)支护的效果更好。由于高强支护技术支护的范围广、强度高，减少了后期的维护量，降低了煤矿企业的运行成本，提升了企业的经济效益[3]。虽然高强支护技术在中国煤矿中已经取得了一定的进展，但还有许多关键问题急需解决。为了保证高强支护技术在煤矿巷道掘进中应用的安全性，在应用时需注意以下几个问题：a)将高强支护技术应用于开采掘进中时，一定要详查掘进前方的地质情况，了解岩层的具体情况，并分析巷道周围岩层松动圈的范围及顶板岩层的完整性。b)为了提升高强支护技术的应用效果，在支护施工时应该在槽钢和锚索端部增设一个托板，尽可能地提升锚索钢槽的强度。c)应根据掘进的具体情况选择合适的支护形式，这样能提高支护的有效性。这就要求在支护施工时注意巷道的走向和地应力夹角的大小，从而选择合理的支护方式，综合锚梁、钢筋网及锚杆进行支护。
2.高强支护技术在开采掘进中的应用分析
2.1在完整岩体巷道掘进中的应用
在完整岩体巷道掘进过程中，需要对巷道进行支护，支护时通常选用的是锚杆支护。锚杆支护主要是对岩体起到悬吊作用，要求在支护前选择合适的锚杆参数，例如锚杆的直径、长度、预应力以及锚固力等，并通过一些经验公式对选择的参数进行校验。在锚杆的参数满足施工要求后，就可以开展高强支护施工了。锚杆支护后围岩的应力会集中于锚杆上，并向围岩的深部转移，巷道表面的应力明显降低，有效控制了巷道掘进中的围岩变形，从而达到了掘进的预期效果。考虑到开采掘进过程中地质条件具有一定的复杂性，要求在应用高强支护技术时根据地质条件的变化进行一定的调整，并根据围岩的具体情况选择合适的支护方式及支护施工方案[1]。经过大量的现场实践发现，常用的高强支护技术主要有锚网喷支护技术、超强混凝土支护技术以及锚杆锚网联合支护技术等。应用这些高强支护技术加固围岩时，多采用的是半圆拱形断面。
2.2在软岩巷道掘进中的应用
软岩巷道的掘进是煤矿巷道掘进过程中遇到的难题之一，主要是因为软岩巷道的围岩节理裂隙发育而且稳定性较差，导致在掘进时很容易引发各种安全事故，例如大面积冒顶、突水等。因此，非常有必要在软岩巷道掘进中应用高强支护技术，从而保证巷道掘进施工的安全性及效率。应用高强支护技术对软岩巷道进行支护，可以有效地控制巷道的变形，避免掘进中冒顶事故的发生，如图1所示。高强支护技术的应用可以有效地解决软岩巷道掘进效率低、安全性差的问题。为了保证高强支护技术在软岩巷道的支护效果，应该设计具体的施工方案，制订合理的施工工艺。与此同时，在软岩巷道的高强支护完成后，应该对巷道进行维护，重点关注支护的稳定性、支护强度以及性能等。
图1.高强支护下的软岩巷道图：
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2.3在破碎煤层掘进中的应用
在煤矿巷道掘进中经常会遇到煤层比较破碎的情况，这对巷道的掘进十分不利，而且还容易引发各种安全事故[2]。在沿空掘巷遇到的煤层比较破碎时，通常采用棚式支护，这种支护方式支护的效果差，后期维护成本极高，严重制约了巷道掘进的效率及安全性。更为严重的是，在掘进中需要进行爆破作业时，这种支护的稳定性受到了极大的考验，很多时候支护结构被爆破崩坏。因此，考虑到爆破对巷道支护的影响，有必要应用高强支护技术对破碎的煤层进行加强支护，从而保证施工的安全性及效率。爆破时产生的冲击波会远离爆破点产生很大的衰减，导致爆破对破碎煤层的影响程度是不同的，所以，应该根据岩体的松动情况选择合适的高强支护方案。这样做的目的主要有两个，即保证高强支护的有效性和兼顾支护的成本问题。这样就可以发挥高强支护技术的功效，降低岩层压力过大带来的危害程度，防止围岩变形。
2.4锚网喷高强支护技术的应用
对于完整的岩体，可以利用锚杆支护的悬吊原理来对巷道的围岩进行加固，也就是说，利用锚杆可以将岩石固定在巷道周围。从而有效地对巷道进行支撑。锚杆支护能再造围岩的承载层，使得破碎的岩体重新具备承载能力。对于破碎的岩体，通过使用锚杆对破碎岩体进行二次加固，能够有效提高围岩的完整性。从力学角度分析发现，锚杆支护后巷道周围的应力会向围岩的深部转移，在巷道周围形成一个地应力区，从而保证巷道的稳定[3]。
结论：
简而言之，随着中国进入深矿井开采时代，煤矿井下地应力越来越大，巷道支护面临着严峻的挑战。因此，需要研发适用于高应力条件下的巷道高强支护技术。介绍了高强支护技术的基本原理及特征，分析了该技术在施工中的一些注意事项，并分析了其在采掘中的具体应用，以期为掘进中的一些巷道支护提供参考。
参考文献：
[1]王志奎,张进鹏,刘立民.深井大断面沿底全煤巷道复合支护技术研究[J].煤炭技术,2017,36(10).
[2]白志飞.近距离煤层下部煤巷掘进支护技术优化研究[J].煤炭技术,2018(6):64-66.
[3]王中财,曲延伦.厚煤层大断面煤巷快速掘进与支护技术研究[J].中国煤炭,2019(6).