岩巷综掘合理支护技术及施工工艺

岩巷综掘合理支护技术及施工工艺

张晓龙

河南能源化工集团鹤壁中泰矿业有限公司,河南省鹤壁市458000

摘要：随着我国社会经济的快速发展，对煤炭资源的需求量提出了较高的要求，而且开采深度逐渐增加。对于煤炭资源开采来说，岩巷综掘是先行工序，其一般占据了巷道掘进工作量的50%左右。与煤巷掘进相比，岩巷综掘进度比较缓慢，为了保证煤矿的正常开采，通常需要采取有效措施来改善岩巷综掘的速度，因此要根据岩巷的实际情况，选择合理的支护技术和施工工艺，从而为煤矿开采奠定良好的基础。为采矿或者其他目的而在地下开掘的井筒、巷道和硐室等工程，总称为井巷工程。选择合理的支护技术，可以控制围岩的变形与稳定，提高掘进速度。长期以来，我国井巷支护与加固方法主要有：一是支护法，即支护作用在巷道围岩表面的方法，主要有型钢支架、喷射混凝土、砌碹等；二是加固法，即深入内部，保持围岩自承能力的方法，如锚杆、锚索支护，注浆加固等；三是联合支护法，即２种或多种支护方法联合使用，如锚喷与注浆、锚杆与支架等。

关键词：岩巷；综掘；支护技术；施工工艺；分析

1导言

随着社会经济发展速度的加快，综掘工作面的生产能力与推进速度也随之得到迅速提升。但在生产能力与推进速度得到大幅度提升的同时，矿井中开始出现了采掘接替紧张现象的发生。那么如何有效防治这一问题，确保生产的顺利进行成为重中之重。支护与采准巷道的机械化的快速掘进成为有效解决这一问题，并实现生产高效性与安全性的最有效手段之一。从综掘机掘进情况来看，其工作具有一定的连续性，所耗费的工序较少，效率较高、速度很快，并且具有很强的安全性，正是由于这些优越的特点使之得到了较为广泛的应用。但是在支护技术上，由于传统支护技术中支护速度相关过慢，对挖掘速度的逐步提升形成了阻碍，由此可见，传统支护技术已然不能更好的适应综掘机快速施工的要求。

2合理支护对岩巷综掘的重要性

对于煤矿安全生产而言，岩巷综掘过程中的合理支护尤为关键，由于科学、合理的支护技术不仅可以确保巷道稳定、确保煤矿的安全生产，而且还能够提高岩巷综掘的速度，有效地降低了工程施工的成本。对于一些相对比较复杂的施工条件和地理环境，为其提供合理的支护技术，也能够为后续煤矿资源的开采提供安全保障。对于岩巷综掘施工而言，合理的支护技术及施工工艺会对岩巷综掘的施工工序产生一定的影响，而且支护参数的选择和调整也会对掘进施工的作业时间和施工工序产生不同程度的影响。通过选择合理的支护技术不仅可以有效地控制围岩的变形，而且还能够减少对原材料的使用，具有较高的经济适用性。在岩巷综掘施工过程中，如果遇到软岩一般需要考虑进行二次支护，并且在第一次支护的过程中一般选择支架—围岩相互作用原理，以更好地发挥围岩的自身承载能力，当围岩的变形开始出现收敛之后就可以进行二次支护，其可以有效地提高软岩的稳定性，保证后续工程施工的顺利进行。而对于硬岩巷道，一般在确保工程顺利施工的基础上，尽可能地减少对临时支护的应用，并对永久支护的相关参数进行优化，从而减少支护过程中所需要花费的时间，有效地提高岩巷综掘速度。因此，合理支护技术和施工工艺对于岩巷综掘施工来说至关重要。

综合机械化掘进巷道支护一般采用窜管前探梁方式。该支护方式为被动支护，存在护顶力小、支护面积小、安全效能低等问题；同时该支护方式工效低，难以实现一掘多锚，锚杆钻机拖出拖进的次数频繁，严重制约掘进速度。该支护方式不可靠，已导致多起人身伤亡事故的发生。研发的综掘机支护装置，一种综掘机及时支护装置，包括底座、顶梁及连接顶梁、底座间的液压立柱和四连杆机构组成的侧架，铰接在两个侧架之间的伸缩式连接梁和液压缸，其技术要点是：侧架的顶梁采用前顶梁或续顶梁，并列布置的带有前顶梁或续顶梁的侧架通过拱形横梁或水平横梁铰接成前支架或续支架，在拱形横梁或水平横梁上间隔分布顺梁，相邻顺梁之间设置带式护梁或伸缩式顺梁。它有效地解决了现有技术存在的支护手段落后、移架困难、需要停机作业、效率低等问题，其结构设计合理，支护操作稳定，装卸和维护方便，使用安全可靠，较好地满足了井下巷道支护与综掘机进行配套作业的要求，实现对巷道掘进工作面刚刚暴露顶板及时进行机械化支护，并掩护综掘机实现连续作业。可替代目前使用的支护方式，属主动支护方式，支护面积大，安全效能高；在施工锚杆支护时工人有安全保障，可有效约束顶板沉降和变形，减少冒顶事故发生；同时将大大缩短煤矿机掘巷道锚杆支护的辅助时间，提高机掘巷道综合月进尺，缓和目前煤矿普遍存在的采掘失调的矛盾。

3支护机的原则

通过对综掘机性能的掌握以及对巷道支护工艺特点的深入了解可以得知，支护机包括以下几点原则：一是支护机可以起到为顶板施加预支撑力的作用，这种施加力量应十分得当，为了避免顶板遭到破坏，这种力量不可过大，不可太小。另外，在支护顶板的同时，还要担负着保护施工安全，确保施工顺利开展的关键作用。二是在支护装置的支护高度不协调时，可以对支护高度进行适当的调整以便支护装置可以适应不同形状的巷道，如拱形、梯形或矩形等等。三是支护机在操作过程中具有一定的平稳性，操作简捷方便，安全性能强，机械化程度较高，可以实现与掘进机的平行作业。四是支护机拥有全液压控制，这样可以实现对机器的自我保护。这种控制模式在结构上十分紧凑，且布局十分合理，方便接替，同时在进行安装、维修与拆卸上也较为方便。

4合理设计支护参数及施工工艺研究

支护技术在岩巷综掘过程中得到了广泛的应用，要想更好地提高支护效果，就需要对支护参数给予科学、合理的设计，并根据支护参数来选择施工工艺。目前，岩巷综掘过程中，工程类比法、数值模拟计算法、理论计算法、现场实际监测法等是比较常用的支护参数设计方法。

4.1工程类比法

工程类比法主要包括了直接类比方法和间接类比方法，直接类比法主要是基于围岩的完整性、地应力大小、岩体强度、地下水位影响程度、工程断面尺寸与形状、巷道埋深、施工工艺等因素，来把待掘巷道与已掘巷道进行对比，从而选择出支护参数。间接类比法主要是基于目前我国岩巷支护技术的相关规范和标准，并根据围岩的分级来对支护参数进行设计。

4.2数值模拟计算法

如今，随着信息技术的发展，借助数值模拟的方法来对巷道支护设计的仿真进行模拟和研究。数值模拟计算法主要是通过仿真模拟不同围岩岩性、复杂边界条件等情况，然后进行支护参数的设计，数值模拟方法最常用的有有限差分法、有限单元法、离散单元法及边界元法，其中有限单元法得到了非常广泛的应用，而且目前国际上比较常用的有限元通用软件有MCS.MARC、ANSYS、ABQUS等。

4.3理论计算法

在确定支护材料和岩体的力学性质的基础上，可以借助理论计算法来构建数学模型，最终计算出合理的支护参数。

4.4现场实际监测法

该方法主要是根据新奥法原则来开展的信息设计施工法，其主要是根据锚杆受力、围岩变形收敛量等现场实际监测结果来对初始设计进行相应的调整和完善，从而得到与之相匹配的支护参数，以确保支护施工的顺利进行。

4.5合理支护参数

通过上述分析和研究后，可以得到煤矿采区合理的支护参数：对于以泥岩为主的软岩选择支护手段，而对硬质砂岩，则放弃了顶部锚索支护，选择了锚杆长度2400mm，初次支护锚杆间排距为1400mm×1400mm，并根据实际情况在相邻锚杆中间补打锚杆，将锚杆间排距缩小至700mm×700mm的范围内进行支护。

4.6施工工艺的选择

在煤矿采区运输上山及石门施工过程中，经历了高地应力、大断面岩巷及硬质砂岩等影响掘进效率的地质问题，通过对其支护参数进行研究，并根据研究结果来制定施工工艺，有效确保了煤夯、岩巷工作面的安全交替生产，提高了岩巷综掘的施工进度和质量。

5结论

如今，随着我国对煤炭资源需求量的不断增加，加大对煤炭的开采效率至关重要，尤其是岩巷综掘施工速度。因此，要对该矿区的岩巷埋深及布置、岩层性质、巷道围岩岩性、水文地质情况等进行全面、系统的分析，然后选择合理的支护技术和施工工艺，从而有效提升岩巷的整体稳定性，保证煤矿开采的顺利进行。

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