煤矿井下巷道掘进顶板支护技术探析

煤矿井下巷道掘进顶板支护技术探析

汪伟刚

砂墩子煤矿掘进预备队，839003

摘要：我国煤矿开采主要采取井下开采模式，井下需要掘进大量巷道，以锚杆支护为主的巷道支护方式能够满足一般地质条件的矿井巷道支护要求。但是随着煤炭开采深度与强度的增加，传统的掘进支护方案存在支护效果差、成本高等问题，因此本文结合多年工作经验，剖析煤矿井下巷道掘进顶板支护方式，详细阐述煤矿井下巷道掘进顶板支护技术的注意事项，最后总结我国巷道掘进顶板支护技术的发展趋势及提升措施。

关键词：煤矿；巷道掘进；顶板支护

井下开采是煤矿开采的主要形式，在井下巷道掘进过程中，地质应力会发生变化，如果不能采取有效的措施就会导致井下围岩发生变形、移位等问题，进而威胁井下作业安全。井下巷道掘进顶板支护是井下煤矿巷道掘进过程中的重要工艺，是保障井下作业安全的关键举措。因此如何结合煤矿地质环境采取科学的巷道掘进顶板支护方案成为煤矿工作人员所需要思考的问题。

一、煤矿井下巷道掘进顶板支护方式

结合工作调查，目前煤矿井下巷道掘进顶板支护主要包括以下几种：一是矿用型钢支护。矿用型支护是当前广泛使用的一种支护方式，其常见于圆形巷道或者半圆形巷道中。矿用钢支护使用工字型钢，理论上18UY重量为18.96kg/m。由于矿用钢具有良好的抗压能力以及抗剪切能力，因此其能够满足井下掘进过程中的荷载及内敛应力的需求。当然在使用矿用钢时需要结合煤矿井下的地质结构以及作业环境而决定是否采取矿用钢支护模式；二是预留煤柱支护。预留煤柱支护是最早使用的支护方式之一，其主要是在煤矿掘进过程中，施工人员在进行上下区段施工时，会倾向于使用传统的预留煤柱的操作模式。实践证明使用此种支护模式可以有效提升巷道的整体排风能力、通风能力，但是采取此种模式需要投入大量的人力，相对而言施工成本比较高，而且由于采取煤柱支护可能存在因其他因素而导致煤柱倒塌等风险，从而给井下作业带来安全隐患；三是可伸缩支架支护。可伸缩支架支护是煤矿井下巷道支护常见的方式，此种支护方式多见于在巷道断面面积小于8m2的井下，而且巷道多为Ⅳ类或者Ⅲ类。可缩性支架主要采取的是金属类材质，其能够承受多种压力，尤其是在巷道实际荷载和极限荷载差距较小的情况下，可伸缩支架支护模式具有较高的效果。

二、煤矿井下巷道顶板支护技术应用的注意事项

基于煤矿井下巷道顶板支护方式，在煤矿井下巷道顶板支护应用中需要注意以下问题：

1. 优化井下巷道顶板支架的强度与结构性能

根据多年工作经验，在煤矿井下巷道顶板支护中，由于巷道本身的位置比较突出，因此其存在变形的可能，从而影响到巷道的安全性。因此在具体巷道顶板支护时需要施工人员结合地质情况选择最佳的支护方案：一是要分析煤矿地质特点，结合煤矿地质环境选择合适的顶板支付方案。例如当巷道属于圆形结构时，施工人员可以结合地质情况选择矿用钢的支护方式；二是作业人员要优化井下巷道顶板支架的强度，提升顶板支护的整体质量。顶板支架本身的强度对顶板支架的整体质量起着关键性的作用，因此设计人员要结合煤矿井下地质特点而选择相应的支架材质。例如某煤矿井下掘进标高为2.-730cm--820cm，巷道需要穿过4层煤线，地质环境比较复杂，尤其是容易出现片帮、碎片掉落等问题，因此为了优化掘进巷道，采取锚索组合梁支护，为了提升支护的整体强度，选择7号π型钢作为支架主体，这是因为在载荷较为集中的区域，支护结构容易出现屈服现象，而此种钢材具有较好的耐磨性及强度。

2. 完善施工工艺，规范顶板支护施工流程

煤矿井下顶板支护需要严格按照规范操作进行，一旦出现施工工序不规范的问题就会容易出现各种问题。目前我国巷道掘进主要采取的是钻爆法进行，但是在钻爆法施工过程中存在装药量不合理、打眼位置距离设置不科学等问题，导致顶板支护的安装位置以及固定程度不规范。因此为了增强顶板支护的整体质量，煤矿井下巷道顶板支护要从规范施工流程入手：一是在施工前要准备相应的仪器设备，保障掘进过程的有效进行。例如在施工前，煤矿井下作业人员要结合顶板支护方案准备相应的各种材料，避免在顶板支护作业中出现材料短缺而影响正常进度的现象；二是要规范顶板支护工作流程，做好细节的处理工作。由于煤矿井下掘进过程中需要面对不同环境的地质条件，因此需要按照预定的方案结合不同环境而实施。例如当巷道内断层面积较大时需要采取连续掘进的技术方案，而断层面积小时需要借助自动化设备进行操作；三是准确计算顶板支护力，合理设置锚杆。由于巷道表面的不平整、锚杆钻孔不完全垂直于表面及巷道围岩的复杂大变形，因此为了提升顶板支护的质量，需要作业人员要利用相关仪器对锚杆力学性能进行测试与计算。具体可以依托大数据技术、云计算等设置在线监测系统，了解锚杆出现弯曲、断裂现象，以此提升施工质量。

3. 提升作业人员的专业技能及安全意识

煤矿井下顶板支护技术的应用关键要落实到具体的工作人员身上，因此为了提升顶板支护技术的应用水平，煤矿企业要加强对作业人员的教育培训，提升作业人员的专业技能：一是煤矿企业要定期开展教育培训，组织顶板支护作业人员学习最新的专业知识。例如煤矿企业要利用大数据技术收集国内外先进的煤矿顶板支出案例，通过讲解案例让相关人员接触并且学习到最先进的顶板支护技术；二是要加强宣传教育，增强作业人员的安全意识。掘进顶板支护技术的应用要求作业人员必须要本着安全第一的原则做好各项工作，所以为了增强作业人员的安全意识，煤矿企业要利用内部网站、微信公众号等载体定期开展宣传，让顶板支护作业人员意识到安全的重要性，并且在具体工作中严格按照规范要求进行操作，防止因细节处理不完善而引发的安全事故。

三、结束语

虽然我国煤矿井下巷道顶板支护技术发展水平不断提升，但是结合调查，我国顶板支护技术还存在以下问题：一是支护机理方面，我国煤矿地质条件特别复杂，支护机理还需要进一步深入研究；二是支护工艺和材料需要进一步改善，急需提高材料的强度、延伸率；三是在施工设备方面，现在很多矿区锚杆支护施工方式依然主要靠人工，机械化程度比较低。因此为了提高施工效率、减少用人数量，创造更安全的作业环境，我国陶不断提高巷道支护的机械化、自动化、智能化水平。

参考文献：

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[4]李长浩,殷超.关于煤炭井下巷道掘进顶板支护的研究[J].科技风,2017(19)

[5]于兆东,马寿强,李海龙.巷道支护技术在煤矿井下掘进中的应用[J].山东工业技术,2016(05)

作者简介：汪伟刚，男，甘肃天水，1989.10，助理工程师，技术员，研究方向：掘进新工艺。