煤矿掘进支护转变及应变措施分析

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【摘 要】 掘进施工是一项高危工作，巷道刚开挖并没有实施支护，容易出现冒顶、落石等一些列问题，尤其是进入深部开采以后，地质条件更加复杂，掘进支护就显得尤为重要。文章分析了煤矿掘进支护的发展转变以及常见的掘进支护的方式，并重点探讨了现今使用较多的锚杆支护方式。

【关键词】 煤矿掘进支护 常见问题 处理措施 锚杆支护

煤炭是工业生产所必需的一次能源，消费量大，在我国经济发展中发挥着重要的作用。近年来随着煤炭资源的开采，浅部资源已经日渐枯竭，煤炭开采逐渐进入深井作业，与浅部煤炭开采不同，深井开采地应力大，围岩变形破坏严重，给巷道支护带来很大的难度，尤其是对于掘进支护。为保证施工人员的安全以及顺利完成工程挖掘任务，掘进支护就显得尤为重要。

1 煤矿掘进支护的发展现状

1.1 巷道布置方式的转变

随着煤炭资源开采逐渐进入深部作业，以及相关技术的不断完善和发展，煤矿巷道布置方式也发生了重大的转变。首先，岩石巷道向煤层巷道的转变，以往为了降低支护难度，巷道布置一般选用地质条件较好的岩石巷道，掘巷时间长，耗费大量的人力和物力，新时期随着支护技术的发展，也为了减少煤矿建井周期，使得煤矿迅速投产，巷道布置在煤层之中。其次，巷道断面形状及大小的转变，以往由于技术达不到或者说是减少投入成本，巷道断面一般设计为拱形小断面，现今一般设计为矩形大断面，方便大型机械化连续施工。再者是回采巷道数量的转变，深井开采地质条件复杂多变，为相应国家号召建立大型矿井，巷道通风量需求和运输任务量大，因此新型矿井设计为多巷布置。

1.2 巷道掘进支护设备的转变

巷道支护设备经历了四个阶段，即木支护、砌碹支护、型钢支护以及锚杆支护，锚杆支护是现在应用较多的掘进支护方式，但是随着科技的发展，有些煤矿的锚杆质量依然沿用以前的低强度、低刚度的被动支护设备，有些已经不适应现代矿井掘进的需要，尤其是进入深部开采以来，地质条件比较复杂，高应力、破碎围岩的支护环境不能只是单纯的被动支护，而是应该采用新型的锚杆技术，如高预应力的锚杆、树脂锚杆、注浆锚杆等，及时主动的控制围岩变形，发挥围岩的自身承载能力，给围岩增加约束力，提高围岩强度，保持围岩稳定。

2 煤矿掘进支护的应用

2.1 吊环式前探梁的应用

巷道掘进的临时支护可以采用前探支架，即三根吊挂式的前探支架，使用的前探梁材质有矿用工字钢或者π型钢，但使用长度应该不小于三米，保证工人有安全的作业环境。三根吊挂式的前探支架布设方式为：其中一根沿着掘进巷道中线，另外两个前探梁布置在巷道中线前探梁的两侧，间距控制在一米左右，并且在构建临时支护时，必须对前探梁予以固定，每根前探梁的固定点数不得小于二个。巷道掘进后的表面并不平整，前探梁安装支设后会与巷道表面存在间隙，因此需要采用矿用的方木、构木、木楔等材料充填间隙，使得前探梁发挥完整的承载能力。前探梁支设及时进行，一般要在掘进断面后方0.3m以内，超前支护设置也应该在此范围内进行，用锚杆固定吊环，吊环强度应与前探梁强度相耦合。

2.2 吊链式前探梁的应用

吊链式前探梁是在吊环式前探梁基础上发展起来的，布设方式相思，使用3.5m以上的π型钢作为前探梁材料，固定还是采用吊环，但是使用吊链式前探梁之前，首先要敲帮问顶，清理巷道四周的浮矸活石，确保不存在不安全因素之后，再向前移动前探梁，严禁空顶作业。巷道掘进中也可以使用单体液压支柱支设前探π型钢，达到临时支护的目的。

3 锚杆支护技术在煤矿掘进巷道中的应用

锚杆支护理论已经相对完善，有悬吊理论、组合梁理论、锚杆锲固作用、减跨作用等，现今已经形成了一套成熟的支护体系。锚杆支护是一套柔性支护方式，属于主动支护，其能充分发挥围岩的自身承载能力，控制围岩的离层和滑动，提高岩体内聚力和内摩擦角，抑制围岩继续变形与破坏，形成承载结构，改善围岩的赋存结构，该技术实施灵活且容易操作，在煤巷软岩类中掘进支护中应大力推广。

巷道洞室掘进开挖必然破坏原有的地应力平衡，引起巷道围岩应力的重新分布，个别区域会出现应力集中现象，如果集中应力超过围岩的承受极限，围岩就会出现塑形变形，释放部分的应力，这时围岩并不是完全丧失承载能力，还存在一定的残余强度，如果及时进行巷道支护，给围岩增加约束力，提高围岩强度，保持围岩稳定。锚注联合支护结构，提高围岩强度，并进行关键部位补强的手段，能够充分发挥围岩的自承能力，适合煤巷掘进支护。

锚注支护在初期临时支护后，围岩还可以继续进行变形，释放塑形能量，最佳支护时间是以变形形式转化的工程力和围岩的本身承载力最大，而工程支护力最小时进行后期支护，目的就是避免出现松动破坏的时刻，充分发挥围岩塑性区的承载能力。利用锚注加固使得所形成的混凝土结构与围岩形成一个统一的整体，并通过注浆封闭围岩节理裂隙，把破碎的围岩结合起来，共同承受围岩自重和上部的矿山压力作用，抑制围岩变形，提高围岩自稳能力。此支护结构具有较强的刚度，并且还具有一定的柔性，在受到较大压力作用下时会相应的进行变形释放能量，但整个支护体系不会丧失支护能力，整体上可大大提高了围岩的自承能力。

4 结语

巷道掘进支护是保证掘进施工安全的重要措施，锚杆支护已日趋成熟，已经建立了一套成熟的支护体系，大力发展锚杆支护，对于煤矿掘进安全施工非常重要。锚注联合支护体系与围岩接触面积较大，全面接触改善围岩载荷的受力分布及其之间的作用效果，使支护结构与围岩形成一个统一的整体；强调临时支护的效果，在初期阶段控制围岩变形，初期支护与永久支护相互协调配合，选择围岩变形的最佳时间，达到最优支护状态。

参考文献：

[1]怀.探讨煤矿掘进支护中存在问题及应对措施[J].科技风，2014.

[2]周博.煤矿掘进支护问题及应对方法分析[J].企业技术开发，2014.

[3]刘建忠.锚杆支护技术在煤矿掘进巷道中的应用[J].科学之友，2013.