摘要：由于煤炭资源开采不断的向深层推进，加之大型专用机械设备和先进掘进技术的应用，使得采掘强度迅速加大，因此目前煤矿企业的生产所面临的地质条件日益复杂。如何平衡生产效率和安全需求，在掘进过程中采用恰当的工艺设计和科学合理的巷道支护，是十分重要的研究课题。本文基于对目前煤炭开采地质条件变化及其存在问题的分析，探讨了在生产过程中如何设计合理的采掘工艺和选择相应的机械设备，并且提出使用简便有效的锚杆、锚索以及液压支架等技术进行及时支护。
关键词：支护技术；工艺设计；地质条件；煤矿掘进
引言
煤炭企业在进行掘进作业的过程中，由于大型采掘与运输机械以及爆破技术的使用，对地下岩体稳定的结构造成破坏，打破了其不同层面之间平衡的应力关系以及破坏了岩体结构的完整性，加之煤层被采空而导致的巷道内壁压应力，给生产安全带来很多问题。
一、目前煤矿企业生产面临的地质条件变化趋势
煤炭资源的开采活动大部分在位于地表以下的围岩结构中进行，而由于岩体的岩性、煤层分布以及岩土结构和水文地质条件的不确定性，让掘进作业面临非常多的技术性和安全性问题。而近年来随着煤炭资源开采条件的不断劣化，相关问题越来越突出，煤炭企业必须以更加科学的手段应对复杂的地质条件带来的各种问题。
（一）采掘深度加深和强度增加及其带来的问题
目前开采条件理想的煤层越来越少。因此在不断进步的相关技术的支持下，开采的深度在迅速增加，并且为了满足使用需要，生产的强度也有显著的提升。在深度不断增加的情况下，地下的岩体岩性与地质构造的分析和预测更加困难，而且地压的自然升高也给掘进作业带来了更大的风险。此外深度不断增加还使得煤炭企业的生产面临变幻莫测的地下水侵扰，给保障生产安全带来更高的技术难度。大型煤矿在进行深层开采作业时会受到大范围采空区的影响，目前高强度的开采活动导致对巷道掘进进行安全支护更加困难，在采动压力的作用下更易发生既有巷道支护体系破坏和构件失灵的现象。因此既要保障巷道掘进的效率，又需要在生产过程中对出现变形和失稳的部分进行修复和维护。
（二）煤层分布状况不理想带来的支护技术难点
掘进作业的技术应用受到煤层分布特点和围岩岩性等的制约，当煤层过薄或者矿体分布与围岩之间的位置关系不理想时，采煤设备的应用就会受到限制，而巷道的走势和结构也更加复杂，从而导致其内壁受力状况不理想，更易出现塌落和变形等问题，所以对于支护技术的要求更高，支护效果的持久性通常面临严峻考验[1]。煤层过薄和分布的倾角偏大时，巷道顶板更易面临断层和围岩失稳的挑战，容易发生顶板岩体脱落，掘进作业会面临更多困难。因此在煤层分布不够理想的情况下，煤炭企业的生产过程通常不够连续，在采掘煤炭的同时，需要花费较多精力进行巷道的支护和维修。
二、常用的支护技术简介
（一）将混凝土作为主要材料的支护技术
在巷道掘进的支护技术方案当中，混凝土是一种较为常用的支护材料，根据具体的需要既可以单独使用来加固围岩，也可以和钢筋、钢丝网以及钢带等联合使用，形成更加牢固可靠的支护体系。首先随着巷道的掘进可以采用灌注或者喷射的工艺，让混凝土与围岩结构形成紧密的连接，将被破坏的围岩重新粘结为一体，起到强化软质岩体结构并防止地下水渗透的作用。其次在巷道内部喷射或浇筑一定厚度的混凝土，并且加装钢丝网等材料，可以提高围岩的抗拉、抗剪与抗压能力，从而对在巷道内进行生产活动的人和设备形成更好的保护，并且确保支护体系具有理想的耐久性，维持煤矿企业的长期生产效率。最后根据掘进作业的需要，还可以通过浇筑混凝土柱体来进行大断面巷道的顶板和底部支护，弥补其承压能力的不足。
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（二）利用移动式液压支架进行巷道支护
在目前煤炭企业的掘进作业中，综合采煤设备配备有移动式支护结构，可以在掘进作业中实时形成对巷道四壁的有力支护。而支护结构通常是由钢材制成并利用液压作为支撑力[2]。在支护时布设于支撑点的液压千斤顶对支架的支撑构件施加压力，并且通过支架传递到围岩岩体，对其形成支撑并保障掘进安全，也为后续的安装锚索、混凝土浇筑等支护施工创造条件。而支架的移动则随掘进过程由专用动力设备完成，在去除支撑点的压力后延巷道向前推进并重新固定。
（三）锚杆锚索联合支护技术
锚杆锚索联合支护技术是近年来兴起的，由于其施工工艺相对简便且支护效果理想，因此相关理论和应用技术的研究得到极大重视。由于可以通过施加预紧力并量化的分析计算整体支护结构的承载力，因此采用这一方案进行巷道支护打破了传统的被动支护模式，使得支护系统真正和围岩成为一个完整的支撑结构，从而能够保障其长期的应力平衡。目前在巷道修复和掘进作业中，锚杆锚索支护技术的应用渐渐多了起来。
三、复杂地质条件下支护方案的选择
（一）根据煤层分布与巷道结构合理选择掘进工艺与设备
掘进工艺和机械设备的选择对于巷道支护具有非常重要的影响，合理的工艺设计在保障采掘效率的同时，可以有效降低对围岩的扰动和破坏，从而降低支护的技术难度。而机械设备的科学使用一方面可以充分利用设备优势采取实时支护措施，另一方面又能够有效减少爆破技术的应用，保证围岩的完整性和其内壁应力的均衡[3]。首先在巷道长度超过三百米时，使用带有移动式液压支架的综合设备，可以非常高效地完成巷道临时支护。其次根据巷道结构特点和岩性，合理使用退后卧底和开门施工等工艺，并且选择耐磨的截齿，从而保证巷道的成型，使其顶板等处岩体保持理想的状态。
（二）对不稳定的断层顶板实施破顶并采取支护措施
针对目前煤炭开采中面临的煤层分布不理想和巷道倾角偏大等问题，应重视对于断层顶板的合理支护。首先当顶板围岩不完整且易破碎时，可直接利用掘进设备将不稳定部分破坏剥落，再跟进使用其它支护措施进行加固，从而避免其自然脱落并威胁到生产安全。其次可以采用锚杆对断层顶板进行临时加固，并辅以U型钢进行必要的支护。
（三）合理设计与应用预应力锚杆联合支护方案
由于目前复杂地质条件下的掘进作业对于支护措施的耐久性要求很高，各种临时支护措施虽然可以保障掘进安全，但是由于地压的不断升高以及采动压力的持续作用，导致巷道围岩的内部应力及其不稳定[4]。因此为避免反复维护支护结构，应合理地设计和应用预应力锚杆联合支护方案，运用目前日渐成熟的巷道围岩应力分析和监测技术，采用防御性的支护方案可获得更稳定的支护效果。通过分析计算锚杆锚索的间距、安装位置以及数量和预紧力等，使得支护结构和围岩形成一体化的受力结构，共同承担来自不同方向的压力、剪应力与拉应力，有效控制巷道变形和围岩裂隙等缺陷的发生发展。
四、结束语
目前由于对巷道截面变形和各部分的位移进行监测和应力分析相关技术研究的深入，在采取支护措施维持围岩的稳固方面有了更多量化数据的支持，因此在设计复杂地质条件下的掘进支护方案时，应当更多尝试这些新技术和锚杆等支护材料的应用，从而可以相对精确控制围岩结构的应力平衡。
参考文献：
[1]李万寿.复杂地质条件下的煤矿掘进支护技术应用[J].工程建设，2017（4）.
[2]崔慧涛.复杂地质条件下煤矿掘进支护技术应用研究[J].内蒙古煤炭经济，2017（2）：29-30.
[3]夏克华.复杂地质条件下的煤矿掘进支护技术应用解析[J].建材与装饰，2018，No.540（31）：240-241.
[4]刘强.复杂地质条件下的煤矿掘进支护技术应用[J].技术与市场，2017（7）.
论文作者:张苍,许士奎,鲁涛
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/10
标签：巷道论文; 围岩论文; 技术论文; 作业论文; 煤层论文; 地质论文; 结构论文; 《基层建设》2019年第17期论文;