淺論煤礦巷道支護(hù)過程中問題及對策

趙俊杰

(山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)馬家?guī)r煤業(yè)有限公司，山西太原030303)

0 引言

目前，我國大多數(shù)煤炭開采工作基本以井工開采為主，為了創(chuàng)造開采條件，滿足煤礦開采、運(yùn)輸及通風(fēng)等的要求，就需要在地層中掘進(jìn)出足夠的回采、運(yùn)輸和通風(fēng)巷道。因各個煤礦甚至同一煤礦的不同采區(qū)地質(zhì)條件都各不相同，如果巷道掘進(jìn)工藝及支護(hù)方式選擇不合理，在掘進(jìn)過程中極易導(dǎo)致的巷道片幫、冒頂事故，從而造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失甚至人員傷亡。所以，工程技術(shù)人員要高度重視掘進(jìn)支護(hù)工程的質(zhì)量，采取科學(xué)可行的策略，這樣才能保證煤礦開采工程的順利開展。

1 我國煤礦掘進(jìn)支護(hù)過程中存在的問題

1.1 掘進(jìn)支護(hù)的沿革

在煤礦開采行業(yè)中，巷道支護(hù)形式逐漸由被動支護(hù)，單一支護(hù)向主動支護(hù)、聯(lián)合支護(hù)方向發(fā)展。原來木棚、料石砌碹、工字鋼棚逐漸被淘汰，而在主動支護(hù)方面也有了較大的發(fā)展，從一開始的鋼絲繩漿錨桿、快硬水泥錨桿、管縫型錨桿，基本已被現(xiàn)在的樹脂錨桿支護(hù)，高強(qiáng)度錨索支護(hù)所代替，同時還出現(xiàn)了各種形式的聯(lián)合支護(hù)方式，比如錨網(wǎng)噴支護(hù)，錨網(wǎng)梁(鋼筋梯子梁)支護(hù)，錨網(wǎng)索支護(hù)等等，可以說，目前，80%的巷道支護(hù)方式采用了錨桿支護(hù)方式。但在施工過程中，這種主動支護(hù)方式也暴露出了諸多問題。針對這些問題，就要求煤炭企業(yè)工程技術(shù)人員在管理、裝備及支護(hù)方式選擇等方面加強(qiáng)控制，確保巷道支護(hù)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)和使用要求。

1.2 巷道支護(hù)相關(guān)問題

以馬家?guī)r煤礦為例，該井田構(gòu)造形態(tài)大致為一走向北西，向北東傾伏的單斜構(gòu)造，地層傾角一般 5° ～14°，一般 10°左右。第一水平主采4 號煤，位于太原組頂部，賦煤區(qū)內(nèi)屬穩(wěn)定可采的厚煤層，煤厚7.00 ～8.47 m，平均7.78 m。結(jié)構(gòu)中等，含夾石0 ～4 層。頂板為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，局部為砂巖或炭質(zhì)泥巖，底板為砂質(zhì)泥巖或中砂巖。在礦井建設(shè)過程中巷道支護(hù)方面的主要有以下幾個方面:①為了縮短建井周期，提前產(chǎn)生效益，井底巷道盡可能設(shè)計(jì)在煤層中，而該礦4 號煤層厚度大，部分巷道(比如軌道大巷，軌道下山等)設(shè)置沿煤層底板掘進(jìn)，頂煤厚度較大，錨桿支護(hù)錨固端在煤層中，無法錨固在穩(wěn)定巖層內(nèi)。②為了滿足巷道通風(fēng)和運(yùn)輸?shù)男枰?，巷道斷面增大，而采區(qū)巷道多采用矩形斷面，巷道跨度最大達(dá)4.6 m，給支護(hù)方式的選擇帶來困難。③在施工過程中，操作工人的不規(guī)范操作，也會造成支護(hù)強(qiáng)度大大折扣，主要表現(xiàn)在錨桿、錨索間排距大，預(yù)緊力不足，外露長等。④施工機(jī)械化程度不高，雖然我國的煤礦巷道施工已經(jīng)有了相當(dāng)純熟的技術(shù)，但受多方面的限制，有些硐室或小斷面巷道在掘進(jìn)過程中仍然采用打眼放炮的方式。造成巷道開掘后，爆破松動圈大，間接影響了錨桿支護(hù)的強(qiáng)度。再則，操作工人在安裝錨桿時，機(jī)械化程度低，多采用扳手預(yù)緊錨桿，相對勞動強(qiáng)度大，造成支護(hù)質(zhì)量缺陷時有發(fā)生。

2 煤礦巷道支護(hù)過程的完善措施

煤礦掘進(jìn)支護(hù)過程中各項(xiàng)工作都會在很大程度上影響整個煤礦開采過程的穩(wěn)定性與安全性。相關(guān)技術(shù)人員必須要嚴(yán)格控制，確保煤炭支架建設(shè)過程的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性，監(jiān)督施工人員在施工過程中嚴(yán)格按照操作規(guī)范進(jìn)行。

2.1 巷道支護(hù)方式的選擇

雖然，錨桿支護(hù)方式已基本在煤礦普及，但選擇該種支護(hù)方式需滿足以下幾點(diǎn)要求:一是要有穩(wěn)定的巖層且?guī)r層整體性好，不破碎，易錨固。二是巷道涌水量少且涌水無腐蝕性。三是巖層層理不發(fā)育。所以根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，在選擇支護(hù)方式時，需遵循以下幾點(diǎn):①大型機(jī)電硐室，服務(wù)年限較長，防水要求高，宜采用混凝土或鋼筋混凝土支護(hù)，在涌水大的情況下，需在施工過程中，預(yù)留注漿管，以便于注漿堵水。②巷道過斷層破碎帶、巖石陷落柱，宜采用U 型鋼棚支護(hù)，以利于短掘短支。若巖石破碎嚴(yán)重，短掘短支無法控制碎巖冒落時，可利用化學(xué)材料注漿(比如固安特、羅克休等)加固破碎巖體后，再進(jìn)行短掘短支。③在遇到老空巷道或采空區(qū)時，多采用錨噴+墻梁支護(hù)方式，錨噴支護(hù)多是對老空頂板進(jìn)行控制，通常支護(hù)跨度要大于設(shè)計(jì)跨度2 m 以上，而墻梁支護(hù)主要是控制兩幫以及使巷道斷面符合設(shè)計(jì)要求，通常在梁頂鋪設(shè)500 mm 以上碎矸，作為緩沖層。④在滿足錨桿支護(hù)條件時，盡可能采用錨桿支護(hù)或錨噴、錨網(wǎng)噴等聯(lián)合支護(hù)。

支護(hù)方式的選擇，是解決巷道支護(hù)問題的首要步驟，支護(hù)方式選擇是否合理，直接影響巷道支護(hù)的效果，支護(hù)方式選擇不合理，必然會給支護(hù)過程中帶來種種問題，有些問題即使采取各種方法解決，也很難達(dá)到理想的效果，所以，在巷道設(shè)計(jì)過程中，工程技術(shù)人員要深入現(xiàn)場，多方面了解礦井的地質(zhì)條件，才能在設(shè)計(jì)時選定符合現(xiàn)場實(shí)際的支護(hù)方式，否則，就會給后續(xù)施工帶來諸多問題。

2.2 厚煤層沿底掘進(jìn)巷道支護(hù)完善措施

馬家?guī)r煤礦開采的4 號煤層，煤層平均厚度7.78 m，采區(qū)巷道設(shè)計(jì)高度多為3.1 m，沿煤層底板掘進(jìn)巷道留頂煤4.68 m，單單依靠錨桿支護(hù)無法深入穩(wěn)定巖層，且有部分小斷面巷道采用炮掘，大大減弱了錨桿支護(hù)的可靠性，同時為了滿足通風(fēng)需要，回風(fēng)下山巷道斷面跨度達(dá)到4.6 m。在這種情況下，為了滿足巷道支護(hù)強(qiáng)度，采用增加錨索支護(hù)，主要做法如下:①巷道跨度小于等于4.2 m，錨索間排距按2 m×2 m 設(shè)置，巷道跨度大于4.2 m，錨索間排距按1.6 m×1.6 m 設(shè)置。②每掘進(jìn)50 m，對巷道頂板圍巖進(jìn)行窺視調(diào)查，已確定頂煤厚度，同時調(diào)整錨索長度，確保錨索錨固在穩(wěn)定巖層中。③每隔50 m，安設(shè)頂板離層指示儀1 支，每隔100 m 設(shè)置表面位移觀測站，定期觀測巷道變形和頂板離層情況，以便檢查支護(hù)效果并為及時調(diào)整支護(hù)參數(shù)提供依據(jù)。④對于采用炮掘的巷道，采用分次爆破的方式掘進(jìn)，特別是控制周邊眼的裝藥量，一般每眼裝藥量控制在50 ～150 g 左右，同時周邊眼開孔要在巷道輪廓線內(nèi)200 ～250 mm，盡可能降低爆破對巷道周圍煤體的擾動，縮小爆破松動圈。

2.3 加強(qiáng)巷道支護(hù)操作管理

錨桿支護(hù)效果的優(yōu)劣，在一定程度上取決于支護(hù)操作過程，比如預(yù)緊力不足會導(dǎo)致錨桿的擠壓加固效果減弱，無法形成擠壓加固拱;錨桿間排距過大，會造成錨桿之間存在支護(hù)盲區(qū)等，所以在現(xiàn)場管理中，采取以下措施確保錨桿支護(hù)強(qiáng)度:一是改進(jìn)施工工藝，采用高扭矩錨桿鉆機(jī)安裝錨桿，同時對無法更換錨桿鉆機(jī)的施工隊(duì)要求配備風(fēng)動力矩扳手，實(shí)現(xiàn)錨桿安裝機(jī)械化，降低工人勞動強(qiáng)度的同時，提高了施工質(zhì)量;二是改進(jìn)樹脂藥卷，原1 根錨桿采用1 支 ck2330 和1 支ck2360 藥卷錨固，經(jīng)常導(dǎo)致錨桿未完全推入，藥卷已凝固，致使錨桿外露長，后經(jīng)改進(jìn)1 根錨桿采用1 支ck2330 和1 支k2360 藥卷錨固，給操作工人充分的操作時間，解決了該問題;三是工作面配備力矩扳手和錨桿拉力計(jì)，定期定量對錨桿支護(hù)質(zhì)量進(jìn)行抽檢，確保支護(hù)質(zhì)量。

3 結(jié)語

總而言之，隨著我國煤炭行業(yè)的發(fā)展，巷道支護(hù)技術(shù)日漸成熟，但是在現(xiàn)場管理和操作中，要切合實(shí)際的選擇合理的支護(hù)方式，確保巷道在其服務(wù)年限內(nèi)，牢固可靠，滿足生產(chǎn)需要，同時，在生產(chǎn)工作當(dāng)中，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)積極鉆研新技術(shù)，開發(fā)出更為有效的施工方法，以促進(jìn)掘進(jìn)技術(shù)的進(jìn)一步完善，并盡快改善煤礦掘進(jìn)支護(hù)中存在的問題，提高煤礦開采業(yè)的整體水平，從而實(shí)現(xiàn)煤礦企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

［1］蘇東懷.探討煤礦掘進(jìn)支護(hù)中存在問題及應(yīng)對措施［J］.科技風(fēng)，2014(1):86 -87.