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煤矿复合型顶板巷道支护方式优化研究与应用

发表时间：2020/10/19 来源：《基层建设》2020年第19期作者：张雄海

[导读] 摘要：支护工作在整个煤矿开采过程当中是非常重要的，支护工作不仅会对煤矿开采工作的效率和质量有着直接的影响，而且在一定程度上对开采工作人员的生命安全进行有效地保障。

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        摘要：支护工作在整个煤矿开采过程当中是非常重要的，支护工作不仅会对煤矿开采工作的效率和质量有着直接的影响，而且在一定程度上对开采工作人员的生命安全进行有效地保障。由于大多数煤矿开采工作都在地下环境当中进行，这样就会导致支护工作会受到很多方面的影响而出现问题。基于此，本文章对煤矿复合型顶板巷道支护方式优化研究与应用进行探讨，以供相关从业人员参考。
        关键词：煤矿；复合型顶板；巷道支护方式；优化研究与应用
        引言
        煤炭是我国经济及社会发展的重要支柱，建国初期能源大省山西的煤炭产量仅仅为267万吨，随着国民经济的发展，山西的煤炭产能也在不断提高，到1978年全省的原煤生产能力达到了9825万吨，是1949年36．8倍。随着我国改革开放的深入，全省的煤炭产能于2018年达到了9亿吨。煤矿产能的提高离不开装备技术的提高和井下巷道支护方式的变革。
        1煤矿支护过程中面临的技术难题
        1.1开采薄煤层存在安全隐患
        煤炭资源在国内分布区域较广，不同煤炭产区的地质条件有着明显的差异。其中，不少产煤区中存在大量的薄煤层。在开采薄煤层的过程中进行掘进施工时一般会选择巷道回采措施，而掘进支护作业的重点对象会选择半煤巷与煤巷。对于半煤巷进行掘进施工时首先要针对性地选好相关掘进支护设备与掘进技术，从而有效保障掘进支护施工的安全性。
        1.2巷道围岩难点
        在应用掘进支护技术过程中，常常也会出现一些技术性难题，在巷道和围岩处所产生的技术难点主要表现在以下几个方面：其一，因为开采作业导致巷道围岩结构稳定性受到影响，若巷道围岩的承载压力大于本身结构的承载能力时则很有可能出现岩层破裂的问题，进而演变为各种安全问题，特别是在一些结构较为复杂的位置，若支护方法不当则经常出现安全事故；其二，在煤矿开采过程中，开采操作本身也会对围岩带来一定程度的影响，导致围岩结构应力发生变化，而支护结构的效果也会产生影响，严重时可能会对回采操作带来安全隐患；其三，对于富水岩层来说，巷道掘进可能会破坏地下水径流通道，导致巷道成为泄水点，地下淋水使得巷道围岩出现冲刷侵蚀现象，影响围岩结构承载力；其四，一些较为复杂的地质环境还会出现各种断层结构，这些断层结构很有可能会导致巷道围岩结构顶板压力提高，从而影响掘进支护的稳固程度。
        1.3煤矿支护技术不完善
        为了能够满足社会各方面发展生产的煤矿资源需求，煤矿开采效率和质量就要得到相应的提高。通过实际的调查发现，我国煤矿掘进过程当中应用的煤矿支护技术还有很多问题存在，再加上我国煤矿所出地区存在着复杂的地质情况，这就要求工作人员要根据实际的情况来采取相应的支护技术。不过，大多数煤矿企业由于资金的限制，在实际的支护过程当中只使用到一种支护技术，这样不仅没有起到良好的支护效果，而且在工作后期还易出现安全事故。
        2煤矿复合型顶板巷道支护方式优化研究与应用
        2.1支护方式的选择
        复合型顶板的围岩巷道目前多采用锚索网支护方式，要想使锚杆（索）在复合型顶板中充分发挥支护作用，必须实现锚杆、锚索及时施打和主动控制围岩。

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传统的预应力锚杆、锚索基本支护参数：顶锚杆采用Ф18×2000mm圆钢锚杆，间排距900mm×900mm；帮锚杆采用Ф16×1600mm圆钢锚杆，间排距为900mm×900mm；锚索采用Ф15.24×5500mm低松弛钢绞线，间排距为1800mm×2400mm；锚索托盘采用300mm×300mm×8mm的钢托盘；顶部钢筋梯用Ф10mm圆钢按照设计断面焊接制作；菱形网采用4#铁丝编制而成护帮；顶部钢筋网选用Ф5mm冷拔丝按网孔100mm×100mm焊接制作护顶。该种支护方式只能对巷道围岩提供一个轴力约束，基本能满足单一顶板情况的巷道支护，不能对复合型顶板及破碎较软围岩提供整体加固的效果。例如，为了防止井下巷道的顶板或岩层受周边采动影响，发生岩石的流动、移动、变形情况，一般采用高预拉力锚杆与超高强U型钢可缩性支架构成的联合支护方式。在该联合支护方式中，高预拉力锚杆以其具有的高强度、高刚度、高预应力及高可靠性，发挥锚杆稳固岩层的超强作用。超高强U型钢可缩性支架，以大承载、高阻缩、恒阻滑的工作状态确保了围岩的稳定。联合支护方式改变了锚固体的力学特性，提高了巷道顶板或岩层的锚固强度，促使围岩从二向应力状态向三向应力状态转变，进一步强化了围岩的承载结构，补强了岩体弱化区的不均衡性，并可使软弱夹层顶板的离层得到控制。
        2.2完善煤矿掘进支护技术
        煤矿开采工作的质量和效率在一定程度上还受到煤矿掘进支护技术的影响，我国大多数煤矿企业应用的煤矿掘进支护技术是比较落后和不太完善的，这样就会在实际开采过程当中出现很多问题。因此，煤矿企业要根据实际情况对煤矿掘进支护技术进行不断的改进和完善，根据不同矿井来选择不同的支护技术，这样才能够让岩层整体稳定性得到进一步提高，工作人员生命安全得到有效保障。为了能够让掘进支护工作正常进行，煤矿企业要尽量对双巷道技术进行应用，各项工作也要严格按照相关流程进行，这样才能够让矿井内部保持通风，开采工作可以安全稳定的进行。
        2.3合理选择掘进机
        目前，煤矿掘进设备主要有两种，包括普通型掘进设备与综合型掘进设备。巷道长度在300m以内选择普通掘进机；巷道长度在300m以上选择综掘机。针对地质条件复杂的煤矿，在选取掘进支护技术的过程中工作人员还应结合施工实际情况合理挑选掘进机型号，这有助于保证煤矿开采作业的安全性，也能提升煤矿开采效率。在挑选综掘机型号的时候应注意考虑机器的结构、截割强度、工作效率以及机器的维修情况等。通过多方对比分析选择合适的综掘机型号，以确保设备选取的科学性与合理性。综掘机属于液压设备，若需进行临时支护可通过掘进机机载液压锁来确保支护技术的安全性。
        结束语
        在巷道掘进支护期间，结合现场实际，根据支护方式及参数，不断进行尝试改变支护材料，通过增加补打注浆锚索的支护方式，优化适应顶底板、两帮大变形的锚索盘改为锚梁联合布置等方法，通过现场实施与监测应用效果显著，并能够有效地控制复合顶板围岩的变形破坏。通过与相邻工作面对比，即满足了矿井生产需求，又减少了后期的修复及资金投入，可作为相同类型矿井地质构造段巷道掘进支护经验的数据参考。
        参考文献：
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        [5]佟庆大.复杂地质煤矿采煤掘进支护技术的运用[J].黑龙江科学，2019，10（10）：78-79.