张鹏
陕西彬长集团文家坡矿业有限公司 陕西省咸阳市 713500
摘要：针对目前煤矿巷道支护作业不规范、效率不高的问题，对煤矿掘进工作面支护技术进行了研究。基于目前煤矿广泛应用的锚杆支护技术，对其工作机理进行了分析，结合实际工作经验和相关生产规范，对锚杆支护的设计方案、施工工艺、注意事项及安全监测技术方案进行了系统分析和总结。应用实践表明，该方案能够实现煤矿生产巷道支护的标准指导，具有操作效率高、详细、全面等优点，可有效保证煤矿巷道支护的安全可靠。
关键词：煤矿；掘进工作面；支护技术
煤炭是我国最重要的一次能源之一，地下开采是我国煤炭生产的主要形式。近年来，随着综采技术的不断发展，煤矿的开采深度和开采强度都在不断增加，开采环境和地质问题也越来越复杂。在地下开采过程中，需要挖掘大量巷道。巷道的通畅性和围岩的稳定性关系到煤矿的生产稳定和安全。为了保证煤矿生产的稳定和安全，需要安全可靠的巷道支护技术。同时，随着综合挖掘机的发展和应用，掘进开采工作的效率得到了提高，也需要更加规范、高效、安全、可靠的支护技术，以提高煤矿挖掘支护的效率和可靠性，保证煤炭企业的安全生产，为企业增加经济效益。
1、煤矿掘进工作面顶板支护的重要性
在巷道掘进过程中，工作面前顶板非常不稳定，如果不及时支护，很容易发生顶板塌落事故。这是因为巷道开挖破坏了岩层原有的平衡状态，在开挖区域内会形成较大的应力释放空间，应力会重新分布，导致部分区域应力集中。巷道支护可以提高围岩局部稳定性，防止围岩大变形引起顶板塌陷。因此，巷道开挖后必须采取有效措施对开挖空间进行支护，以减缓巷道变形，保证开挖施工的安全。顶板支护可分为临时支护和永久支护。临时支护的作用是维持工作面的短期稳定，而永久支护则是保证工作面的长期稳定。掘进工作面支护的关键是保证顶板的稳定性，防止顶板冒落。综合开挖中常用液压支架对巷道进行临时支护，支护强度很大。在临时支护时，应选择合适的液压支架阻力，过大或过小都不利于顶板支护。如果支架的工作阻力过大，可能会压碎顶板，给后续支架带来极大不便。如果支护阻力过小，巷道可能发生严重变形，导致巷道断面不能满足要求，需要反复施工。在长时间支护中，采用锚杆和锚索联合支护。在屋顶比较破碎的情况下，可铺设一层金属网。
2、支持技术介绍
煤矿巷道一般在矿井深处开挖，从几十米到几百米不等，工作环境比较复杂。在巷道掘进过程中，矿山地质结构容易发生变形，改变巷道围岩的压力，导致顶板塌陷，因此有必要对巷道进行支护。煤矿巷道支护技术经过长期的发展，经历了木材支护、砌体顶板支护、型钢支护到锚杆支护的过程。锚杆支护是目前发展较好的、应用较广的巷道支护技术。螺栓的支持，利用金属、木材、或其他高分子材料的杆柱，提前钻洞围岩，其头部和杆体将取决于围岩的锚杆体剂和岩体的稳定性，通过尾板和螺母约束，改变围岩本身的机械状态通过螺栓，巷道周围形成一个整体而稳定的岩石带，加固围岩。锚杆与围岩的联合作用具有抗拉、抗剪作用，能够达到维持巷道支护稳定的目的。螺栓支护具有成本低、快捷方便、应用范围广、稳定可靠等优点。螺栓支架由螺栓本体、支撑板、螺母、锚固剂和金属网组成。
3、锚杆支护设计
3.1 螺栓支撑机制
锚杆支护机理主要包括锚杆悬吊理论、受压加筋拱理论和组合梁理论。
锚杆的暂停功能是使用锚杆挂脆弱和不稳定的屋顶或破裂和松散的岩石巷道的强大和稳定层外的弱层或宽松的区域，确保屋顶或破碎的岩石不会脱落，甚至崩溃。锚杆压筋拱的作用是指在巷道支护过程中，锚杆间距相等且具有预应力，锚杆之间存在压缩，形成压缩区。当预应力螺栓安装在拱巷道，抗压的螺栓将交错形成的圆形椎骨和重叠形式承载拱，能承受负载的破碎岩石，产生环向压力，因此围岩的抗压状态改变了从单轴或双轴、三轴，轴承拱的应力状态是改进。组合梁作用适用于层状岩体，即锚杆将层状岩体连接和紧固在一起，产生组合梁效应，对岩层的离层和滑动有约束作用，提高了岩层的抗弯能力。
3.2 锚杆支护方案设计
在煤矿巷道锚杆支护施工应用前，必须先对支护方案进行设计。综合考虑煤矿生产实际情况和相关规范，采用工程类比法、理论计算法或实测法进行支护参数设计。其中，首先根据施工巷道围岩的物理力学性质、结构特征和地质构造对应用较为广泛的工程类比法和模拟分析方法进行了分类，并根据围岩的不同选择了不同的基本支护形式。根据基本支护形式和锚杆支护理论，计算了锚杆直径、长度、排距、设计锚固力和角度等主要支护参数，确定了锚杆材料和模型。其次，根据锚杆参数选择锚固剂，并确定其他配套设备的参数。在设计过程中，根据初始设计、实施设计、矿压观测和修改改进的设计过程，在锚杆施工前进行拉力试验，以保证锚杆设计的科学可靠。同时，要谨慎使用新材料、新技术，确保支护设计的安全性、可靠性和经济合理性。
4、锚杆支护施工技术
4.1 锚杆支护施工流程
在锚杆支护施工过程中，首先，根据建筑设计方案施工工具、人员和施工过程安排，在掘进和临时的支持，严格按照安全标准帮忙问，然后钻孔围岩巷道掘进，根据设计方案确定的位置，角度钻孔的钻探，钻探深度，确保钻井的质量，钻孔完毕后，方可完成螺栓的安装。先加载树脂锚固剂，再加载螺栓体。用螺栓钻转动并搅拌螺栓体，待其在规定时间后固化。最后，将支撑板和螺母设置好，拧紧螺母，施加预紧力，完成螺栓的安装。
4.2 螺栓支护施工注意事项
螺栓支撑需要严格执行安全操作规范，按照设计方案操作。按排距在设计位置钻孔，对钻孔引起的孔内的水和岩粉进行清理。螺栓安装过程中，要注意合理安装角度，并及时对螺栓施加预紧力；锚固剂充填过程需要密实，锚固剂搅拌过程需要连续均匀，并按规定时间搅拌。
5、锚杆支护安全监测
锚杆支护完成后，无论是施工过程还是回采过程都要进行必要的安全监测。安全监测由锚杆测力计、顶板分离仪、单片机和声光报警器来完成。其中，安装在顶板锚杆末端的锚杆测力仪用于实时检测锚杆受力，可直接显示应力参数，判断锚杆受力状态。此外，利用顶板分离仪对巷道顶板位移进行检测。每100 m布置一组探测仪器，在复杂地质区域和掘进工作面应增加布置次数。检测仪与单片机连接，将检测到的数据传输给单片机。当顶板压力、位移出现异常时，利用单片机程序判断异常支护状态，并控制声光报警器发送警报，从而达到配套安全监测，保证安全生产的目的。
6、结束语
针对目前巷道支护工作效率低、规范性差等问题，研究了巷道支护的技术方案。结合生产实际情况，分析了锚杆支护的工作原理。在此基础上，总结设计了一套掘进工作面锚杆支护设计、施工及监测方案。该方案具有综合规范、安全可靠等优点，可大大提高巷道支护标准水平，保证生产安全，减轻工作量，提高煤矿生产效率。
参考文献
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