煤矿巷道掘进的顶板支护技术

煤矿巷道掘进的顶板支护技术

代睿  

云南能投威信煤炭有限公司-观音山煤矿一井  657903

摘要：煤矿开采是一项高危工作，巷道掘进施工的风险极大。所以，在其施工过程中务必要采取支护措施，避免出现顶板事故。为了确保巷道掘进、井下作业安全，合理选择顶板支护技术具有重要意义。基于此，本文以巷道施工特点为切入点，针对巷道掘进中的顶板支护技术进行了分析，并且围绕顶板支护技术的应用展开了深入分析，以供参考。

关键词：煤矿；巷道掘进；顶板支护；施工；技术

随着科学技术的快速发展，采矿业也随之快速发展。煤矿巷道掘进是一种与安全生产、经济效益等方面直接相关的技术，近年来该技术引发了极大的关注和重视。这项技术涉及到的内容非常复杂，需要技术人员合理使用相关技术与设备，结合矿井实际情况进行调整，并且控制好掘进的进度[1]。在煤矿生产工作中，相关人员应对这项技术的应用引起重视，以确保煤矿巷道的安全性与稳定性，目前这已成为煤矿行业的重要发展趋势。下面就主要分析巷道掘进施工中应该如何对顶板支护技术进行应用。

一、煤矿巷道施工特点

煤矿巷道需沿煤层掘进，掘进过程中可能会面临瓦斯突出的威胁，所以在掘进过程中应针对瓦斯突出这一问题采取有效措施治理瓦斯，以消除瓦斯突出危险性。一般而言，在煤矿巷道掘进过程中需要用到掘进机，采用掘进机进行掘进时，应充分考虑到煤层、岩层的硬度。为消除围岩应力、顶板稳定性等因素带来的不良影响，并实施顶板支护。在对顶板支护进行运用时，应对支护工艺进行合理选择，并且对围岩应力、支护设备的服务年限等因素进行综合考虑。另外，因为存在断层或者褶皱等地质构造，在巷道掘进之前，应与生产要求相结合，明确巷道掘进的方位与循环进度[2]。

二、煤矿巷道掘进与支护的影响因素

（一）施工工艺

在巷道掘进过程中，传统掘进工艺需要基于钻爆法，并运用锚杆、喷射混凝土支护技术实施支护。该传统技术不仅掘进的速度较慢，同时平均下来施工质量也较差，难以达到要求。同时，在煤矿巷道掘进过程中使用钻爆法，极易出现爆破孔位置控制不够充分的问题，这种情况下很容易出现巷道成型差、施工效率低等问题[3]。另外，在巷道交叉口位置，围岩应力变化较大，在这两方面因素的相互影响下，顶板支护的难度会进一步增加。

（二）地质构造

随着矿井深度的增加，地质结构也会越来越复杂。在煤矿井下掘进施工中，煤矿巷道顶板会受到很多因素影响，比如节理发育、煤岩硬度、地质构造等，会对掘进工作面稳定性造成不良影响。如果地质条件比较好，则可以提高掘进效率；如果地质构造比较复杂，比如褶皱、断层，煤岩层厚度的波动会非常明显，围岩稳定程度会降低，这种情况下极易出现顶板垮落等问题，并且可能会严重影响煤矿巷道掘进的进度，整体施工质量也会受到影响。

三、煤矿巷道掘进的顶板支护技术分析

（一）锚杆支护

锚杆支护的结构较多，这些结构的作用、特点不同，基础结构可分为锚杆、锚网、托盘、螺帽、锚固剂等。锚杆杆体可以提供抗剪应力、抗拉应力，有效提升顶板支护的承载能力。托盘的作用可能体现在以下几方面：一方面，对于围岩离层、开裂等一系列常见问题，可以连接围岩与锚杆，这样锚杆扩散而来的预紧力就会传递给岩层。另一方面，围岩变形过程中会产生应力，托盘可以将该应力传递到锚杆杆体上，使顶板的稳定性得到增加。锚固剂的作用在于固定，井下的作业环境非常恶劣，要想充分发挥支护结构的作用，就要使用锚固剂将锚杆固定于顶板位置[4]。锚网不仅可以使顶板形成一个整体，碎石脱落的问题也可以凭借锚网得到解决，从而为施工人员的人身安全提供保障。在实际使用中，为了进一步加强支护强度，锚杆支护之后可以再补充锚索支护，能够使顶板稳定性进一步加强。对锚杆支护的应用，可以有效提升巷道掘进效率，促进企业效益的提升。

（二）可缩性支架支护

在煤矿巷道掘进过程中，可缩性支架的应用主要是在收缩过程中展示出的一种支护能力，换言之即荷载能力。可缩性支架本身是用金属支架制成的，因此荷载能力主要表现于收缩过程中。由于它展现出了荷载能力，因此从不同程度上来说会受到多种因素的影响，比如说支架结构会影响支架荷载能力，同时连接件运行状态也会影响支架荷载能力。在不同条件下，可缩性支架的极限承受力不同，该可缩性支架的承载力即运用支架时的最大承载力。如果承载力超出了最大承载力，运用时即可出现塑性变形，一旦出现塑性变形，即说明到了承载力的极限。支架承载力、极限承载力之间会存在一定距离，工作人员可以根据该距离对可缩性支架状态进行计算，这一过程可以按照这段距离进行准确的计算与判断。要使可缩性支架的状态变好，就要不断缩小该差值。从这一点可以看出，极限荷载能力越接近实际荷载能力，支架起到的作用就越好，如果上述两数值越接近，说明可缩性支架的状态就越好。

（三）矿用型钢支护

在煤矿巷道掘进过程中，矿用型钢支护也是一种重要的支护形式。使用这种支护时，圆形、半圆拱形和椭圆形煤矿巷道是最为适用的，可以提供充足的支护能力，使掘进作业施工安全平稳的进行。矿用型钢具备较强的抗拉能力与抗压能力，所以可以显著提升掘进的安全性。在实施过程中，需要确定抗弯截面模量，以为支护结构提供稳定的荷载能力，减少不良因素造成的影响。

四、煤矿巷道掘进中顶板支护技术的应用

（一）强化支架强度

煤矿井下巷道初次掘进时，极易出现变形、位移等问题，因此在选择顶板支护时，应注意支护结构的刚性与柔性，对这两点尤为关注。这样才能有效缓解巷道位移、变形等问题，同时确保巷道空间完整性，避免后续大规模返修的出现。同时，还要注意围岩释压、让压力相互协调，这样才能使支护体强度增加，确保围岩变形可以控制在允许范围以内，定期释放围岩压力，以达到理想的顶板支护效果。

（二）完善设备与掘进工艺

一些巷道的基础条件和地质构造较好，施工中应选择破岩能力较强、支护速度较快的技术。选择的技术应由综合机械化掘进和锚杆、锚网、锚索支护组成，具有很强的掘进效率，同时也可以很好的满足生产需求。从投入设备方面来看，在掘进时可以选用综掘机配合二运、可伸缩带式输送机[5]，在支护时可以选用锚杆机、凿岩机，这样可以显著提高巷道掘进速度和支护质量。

（三）加大施工监管力度

在巷道掘进过程中，支护质量是安全工作中的重中之重，企业必须确保支护质量达到要求。因此，一定要对施工人员实施严格监管。在监管工作中，还要与工作安排相结合，对巷道掘进实施支护质量验收。监管部门要明确顶板支护的操作程序，做好管理与分配工作，持续强化对支护技术的应用，另外，还要严格要求施工人员按照规程进行操作，充分发挥出各岗位的作用，以确保支护质量。

五、结语

综上所述，在煤矿巷道掘进施工过程中，做好支护工作非常关键。煤矿开采的地质条件非常复杂，施工环境比较恶劣，极大的增加了支护施工的难度。所以，在施工过程中，应该提前将施工准备做好，并且做好相关调查工作，并制定出有效的支护方案和措施。从实际情况来看，选好顶板支护技术对提升掘进效率与支护质量都非常重要。所以，应该对这方面的技术进行重点分析与研究，在此基础上不断推动顶板支护技术的发展。

参考文献：

[1]吴晓军.煤矿井下巷道掘进顶板支护技术研究与应用[J].内蒙古煤炭经济,2021(02):64-65.

[2]刘泉声,黄兴,潘玉丛等.TBM在煤矿巷道掘进中的技术应用和研究进展[J].煤炭科学技术,2023,51(01):242-259.

[3]刘俊.基于复杂地质条件巷道顶板支护技术要点分析[J].山西化工,2022,42(04):81-82.

[4]马宏伟,王建科,王川伟.煤矿巷道掘进护盾临时支护装置模块化变权模糊评价方法[J].西安科技大学学报,2023,43(03):576-585.

[5]李程.浅析煤矿巷道掘进支护技术存在问题及对策措施[J].能源技术与管理,2017,42(03):112-113.