摘要：以复杂地质条件下煤矿掘进支护技术为对象进行探究，结合工程实际，在分析巷道变形特征的基础上，针对原支护方案的不足提出优化改良措施，并对改良后的新方案应用效果做出分析。结果表明，新方案实现了对围岩的有效控制，为掘进作业的安全开展提供了保障。
关键词：复杂地质条件；煤矿；掘进支护技术；探索
引言
复合顶板是由非均质层状岩层构成的堆叠状结构，局部含有硬岩，整体强度低，容易风化，在巷道围岩应力的影响下显现出易冒落、早期离层大、承载力低等不足，使得巷道掘进期的维护难度极大。特别是随着回采深度的持续增加，相似的巷道维护问题越发突出，成为威胁矿井生产安全的主要因素之一。有鉴于此，针对此类复杂地质条件下的巷道掘进支护开展针对性分析，探究有效的控制手段，对矿井发展意义重大。
1工程概述
1104 作业面为垄沟矿首采区，作业面南部为 1102作业面采空区，北侧为 1106 待采作业面，作业面煤岩层整体呈东高西低的趋势，主采煤层为 10#煤，煤层厚度介于 1.5 m～4.9 m 之间，均值 2.9 m。在作业面周边走向断层的影响下，局部煤层变为松软煤层，煤层直接顶为复合顶板，易破碎风化，由泥岩和煤线构成，基本顶为较坚硬的砂泥岩，底板为泥岩，遇水易膨胀。整个作业面由运输巷、回风巷和底抽巷构成。其中，回风巷断面形状为梯形，沿煤层顶板掘设，设计长度1 200 m，前 300 m 为宽煤柱掘巷，后 900 m 为沿空掘巷，埋藏深度 300 m，在巷道掘进过程中出现矿压显现强烈，在褶曲构造附近出现大面积冒顶的情况。
2 巷道变形特征分析
a)复合顶板离层大，自稳性差。根据顶板离层观测可知，巷道掘进前 4 天，顶板浅部离层达 60 mm，深部离层达 130 mm，复合顶板中出现大量裂隙，并受风化影响导致顶板进一步恶化，巷道帮角多处开裂形成网兜，由承载体转变为载荷体；b) 围岩流变性突出，流变周期长。深部基点位移测算表明：巷道顶板与两帮 5 m 范围内存在显著位移变化，且逐渐向深部转移。巷道掘进后，围岩变形强烈且在短时间内趋于稳定，但由于围岩流变而导致的变形持续时间较长，在 60 d 观测期内，巷道顶板与两帮始终处于流变状态。其中，顶板移近速度均值达到 7mm/d，两帮移近速度均值达到 6.1 mm/d，巷道围岩流变性突出，流变周期长；c) 巷道围岩变形量大，整体收敛严重。在 60 d 观测期内，巷道两帮移近量达到 589 mm，接近巷道宽度的 1/5；顶板下沉和底鼓量分别达到 401 mm 和 264mm，顶底板移近接近巷道高度的 1/4，远超过巷道安全所允许的变形量；d) 支护体破坏严重，破坏范围广。通过井下实测，采用原支护设计方案的 300 m 巷道区段，锚杆发生剪断破坏的数量达到 30 根，多为帮角锚杆。同时，锚索托盘多处压裂，钢筋梯子梁变形断裂，顶板铁丝网变形严重，帮壁塑料网索处撕裂，顶板离层垮落，形成大面积网兜，丧失护表功效。此外，巷道两帮锚杆错位明显，锚固力大幅减小。
3复杂地质条件下煤矿掘进支护技术
3.1顶板预裂切缝技术方案的设计
在顶板预裂切缝技术方案设计中，主要是通过聚能爆破的方式使岩体按照设定的方向拉裂。顶板预裂切缝技术需要在岩体中设置预裂线，然后在预裂线中设置炮孔，并在炮孔中安装双向聚能装置，应确保双向聚能装置的聚能方向和设定方向保持一致，使爆轰产物能够按照设定方向向岩体施加集中拉应力，从而使设定方向岩体形成预裂面。在此过程中，聚能装置能够起到保护钻孔附近围岩的作用，进而在保护巷道顶板的基础上，完成预裂施工。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在对切缝孔进行设置时，应将其置于顶板和巷帮的夹角位置，并和铅垂线保持 15°的夹角，同时每间隔0． 5 m 布置一个切缝孔。在 1104 工作面中，巷道的切缝线和工作面之间的距离为 0． 3 m。在切顶爆破过程中，需要根据顶板预裂切缝技术方案的要求及以往的爆破经验来合理确定装药量、爆破孔数量、封泥长度及爆破方式等，依据相邻 1104 工作面的预裂切缝爆破效果，对1104 工作面采取逐孔爆破的方式，然后通过打穿孔来对切缝率进行观察，这样能够方便实时调整爆破孔的数量。
3.2技术方案实施
首先根据支护参数利用恒阻锚索来加固巷道，然后利用钻机在岩体上设置预裂钻孔，并根据切缝孔按照设定方向进行预裂爆破，从而使岩体中形成切顶卸压预裂切缝线，待 1104 工作面回采完成后，在留巷端头支架的后方及时布置一梁三柱进行支护，在采空区域中则设置可缩性 U 型、钢筋网及单体柱。等到巷道稳定以后撤除巷道中的单体柱和巷帮，然后维修巷帮周边的垮落区域，如果部分区域垮落不够充分，则需要增设爆破孔来进行补充爆破，以此保证巷道的切顶卸压效果良好，从而起到稳定巷帮的作用。
3.3后退卧底支护技术
煤矿在井下掘进过程中常常会遇到巷道内的断层出现不同程度上下移情况，这种情况的频繁出现会对煤矿开采人员造成一定的安全隐患。为了可以有效地解决这一问题，可以将后退卧底支护技术合理地应用于煤矿开采生产作业中。其技术要点如下 ：第一，当巷道断面的高程差值在 2.5 m 以内时，可以使用该技术来加强锚网和巷道的强度 ；第二，使用该技术进行巷道围岩的支护作业时，为了进一步确保施工作业的安全性，作业人员需要将掘进设备适当地进行后退处理，后退 15 m 左右距离为最佳 ；第三，当需要掘进的工作面坡度低于突破自身的坡度系数时，可以利用坡度在 12°范围之内的载坡作为卧底来完成整个巷道的支护作业。该技术在煤矿井下掘进过程中的技术优势主要体现在可以显著降低对巷道内的围岩结构可能会产生的负面影响，同时也可以有效地提高围岩结构自身的稳固性。但是该技术的劣势在于工作量较大，因此工作人员可以根据具体的施工环境和煤矿开采的要求来合理地应用该技术。
3.4锚杆支护技术
与其他支护技术相比，该技术具有一定的普遍性。从客观的角度上来说，煤矿开采所在施工环境通常都具有较高的复杂性，因此在进行煤炭开采的过程中，常常会遇到一些落差较大的断层，且多数断层面破碎缺乏稳定性，很容易因一些自然因素的影响而造成局部坍塌或者破裂等相关情况，给巷道的掘进工作带来了极大的困扰。针对这种情况，可以应用锚杆支护技术来进行有效地解决。该技术在应用时通常会以 U 型钢构件为主要加固方式对掘进巷道内的一些断层结构进行有效地固定。在此基础上再结合锚杆支护的合理应用，可以在很大程度上确保掘进工作的顺利进行，从而把因巷道内断层坍塌而引起的安全事故发生的概率降至最低。
结束语
复杂地质条件下的巷道掘进支护作业作为深部回采中常见的问题之一，实现对其的有效支护对确保矿井生产安全意义重大。矿机管理者必须高度重视有关问题，在生产作业中立足实际，组织专业技术人员深入探究，制订具有良好适用性的掘进支护工艺，为矿井掘进作业的安全、高效开展保驾护航。
参考文献：
[1]赵新星.复杂地质条件下的煤矿掘进支护技术[J].机械管理开发,2017,32(12):139-140.
[2]国承龙.复杂地质条件下的煤矿掘进支护技术应用探究[J].山东工业技术,2017(23):50+48.
[3]刘晓强.复杂地质条件下煤矿掘进支护技术分析[J].机械管理开发,2017,32(11):171-172.
[4]慕沛哲.复杂地质条件下煤矿巷道掘进支护技术的应用浅谈[J].能源与节能,2017(11):138-139.
论文作者:孟小波
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/28
标签：巷道论文; 顶板论文; 作业论文; 围岩论文; 技术论文; 煤矿论文; 条件下论文; 《基层建设》2019年第6期论文;