1、煤礦井下巷道掘進頂板支護研究 摘要：煤礦巷道頂板事故是煤礦事故中非常典型的一種事故，其發生頻率在眾多的煤礦事故中，占有比例超過三分之一以上。煤礦巷道頂板支護的可靠性以及速度、成本直接決定著煤炭企業的安全生產以及經濟效益。深入研究煤礦井下巷道掘進頂板支護施工與技術意義重大。 關鍵詞：煤礦；巷道掘進；頂板支護 中圖分類號： x952 文獻標識碼： a 引言 在煤礦的井下掘進巷道的過程中，對頂板要進行有效的管理，只有這樣，才能確保安全生產工作的順利進行。因為，在礦井的巷道開掘之后，生產的應力會重新進行的分布，此時，要是不及時的進行支護，巷道的圍巖就極易發生位移、變形甚至破壞。對煤礦企業來說，巷道掘進

2、工作是一項復雜的系統工程，在這一過程中，不但要對掘進速度和礦區地質構造以及掘進設備和施工工藝的選擇，以及施工組織管理和員工整體素質提升進行重點關注，還應通過超前的地質探測技術和不斷的掘進設備革新，提高巷道的掘進速度，以此保證巷道的快速掘進。 一掘進巷道的支護形式 1.礦用支護型鋼 煤礦的礦用支護型鋼通常包括u形鋼和工字鋼兩種類型，這種礦用支護型鋼一般用在圓形、半圓拱形與橢圓形的巷道斷面等方面。通常礦用支護型鋼的韌性十分好，而且礦用支護型鋼還具有十分高的抗拉、抗壓與抗剪強度的功能。因為使用環境十分惡劣，而且使用條件非常復雜，所以，礦用支護型鋼的性能要求十分高。而巷道的支架需要承擔橫向載荷與縱向推

3、動力，因此，巷道支架兩個方向上均需要具備足夠的承載負荷能力，而礦用支護型鋼斷面的集合參數受抗彎截面模量的影響，抗彎截面模量需要和巷道支架的承載負荷能力的相應數值相接近。除此之外，礦用支護型鋼的集合形狀取決于支架的可縮性能。因此，礦用支護型鋼的集合形狀在鎖緊與滑移之時，需要滿足礦用支護型鋼接觸面的面積要大、滑移需平穩以及受力狀況俱佳的要求。 2.可縮性支架 通常金屬支架的承載負荷能力是指實際承載能力與極限承載能力兩個方面。煤礦的可縮性支架在收縮過程中反映出來的承載能力指的就是實際承載能力，而實際承載能力受到連接件與支架的工作狀況的影響。煤礦的可縮性支架在剛性過程中反映出來的最大承載能力指的就是極

4、限承載能力，而極限承載能力是否達標取決于是否會出現塑性變形。通常情況下，當極限承載能力高于實際承載能力，此時，可縮性支架最良好的狀態就是實際承載能力和極限承載能力相差不大。 3.預留煤柱支護 所謂預留煤柱是指一種傳統的巷道支護形式。因為巷道的上區段是運輸平巷，下區段是回風平巷，因此在上區段和下區段之間預先留出一定寬度的煤柱，讓回風平巷躲開支撐壓力的峰值區域。通常預留煤柱支護技術十分簡便，同時還有利于通風與排水。然而預留煤柱支護也存在一定的不足，由于預留煤柱支護的支護費十分高，當煤柱的損失較大時，這時巷道的維護十分困難。倘若煤柱的支撐壓力輸送到底部時，就會對臨近巷道的穩定及其臨近煤層的開采產生一

5、定的不利影響，同時也會成為沖擊地壓的安全潛在隱患。 二、煤礦井下巷道掘進頂板支護問題及其影響因素 1.煤礦井下巷道掘進頂板支護的問題分析 （1）圍巖的穩定性較差，致使煤礦巷道支護難度大。在煤礦井下巷道掘進施工中，若圍巖發生位移或產生過大變形，造成巷道特別是巖體松軟地段巷道的嚴重破壞，就會使支護在經過多次返修之后仍然不達標。因此，巷道變形的問題無法通過支護進行徹底地解決。 （2）圍巖產生變形甚至被破壞，頂板缺乏合理的固定。在煤礦井下巷道掘進過程中，圍巖巖體遇水會產生巨大的膨脹力，加之受到過大的擠壓力，從而使圍巖發生變形，使巷道的支護結構遭到嚴重的破壞。同時，在巷道的掘進施工中，頂板受地質因素影響

6、，通常會有零塊掉落現象出現；加上層理與節理的發育，常常會使片幫煤增加，頂板裂縫增多并張開，甚至出現圍巖離層，極易造成冒頂事故，加大了頂板支護的難度。 2.影響煤礦井下巷道掘進頂板支護的因素 煤礦井下巷道掘進施工中，影響頂板支護的因素多種多樣，如煤礦的地質構造以及施工工藝等，具體主要有以下幾方面。 （1）煤礦的地質構造因素。在煤礦井下巷道的掘進施工中，煤礦的層理以及節理發育狀況、褶曲構造或者是掘進工作面煤巖的硬度情況、頂板以及底板的穩定性都會影起巷道的頂板支護問題。對于地質與基礎條件較好的地段，可實現快速地掘進；然而對于地質結構較為復雜的地段，巷道掘進施工的質量以及掘進的速度都會受到嚴重影響。例

7、如，在褶曲斷層地質構造中，極易引起煤層厚度變化巨大，造成煤巖層缺乏穩定性，從而使頂板碎裂，造成垮落事故以及頂板支護的問題。 （2）施工工藝因素。現階段，我國煤礦在巷道的掘進施工中，主要運用鉆爆法進行掘進施工，并以錨噴支護為主要的支護方式，相較于傳統的砌碹支護以及架棚支護而言，其掘進的速度以及施工質量都有很大提高。但在掘進施工實踐中，仍存在著裝藥量控制失當以及炮眼缺乏有效掌握等問題，從而降低了錨網噴支護的質量。此外，對于煤礦井下一些巷道較為密集的地方，當開掘其中一條巷道之后，巖體的地應力平衡就會遭到破壞，若再進行另一條巷道施工，從而形成了兩個掘進工作面的疊加，使地應力增大，也加大了頂板支護的難度

8、。 三加強掘進工作面頂板技術管理的措施 1.加強技術準備，提升巷道頂板的承載能力 （1）根據煤礦礦壓觀測資料、實際的地質構造以及巷道圍巖的力學性質等具體情況，選擇與煤礦井下巷道施工現場最適合的支護方式；同時針對重點施工部分，如冒頂處理、掘進工作面巷道開口等，要預先制定相應的安全技術方案。 （2）強化巷道掘進施工設計，并明確支設方式、臨時支護形式以及材料數量與尺寸等，嚴格執行掘進作業規程。 2.強化支架強度以及圍巖釋壓與讓壓的協調能力 煤礦井下巷道在進行初掘之后，極易使巷道產生位移與變形，這就要求選擇支護方式時，盡量選擇初具柔性后具剛性的支護結構，緩解巷道位移與變形的問題，同時還有利于巷道空間的

9、完整性的保持，大幅降低返修量以及返修次數。鑒于此，要加強支架強度以及圍巖釋壓與讓壓的協調作用，增強巷道支護體的強度，并使圍巖在適當范圍內變形，進行圍巖的釋壓，強化頂板支護效果。 3.加強對掘進工藝 （1）對于地質構造與基礎條件比較好的煤礦巷道施工而言，可選用整機結構緊湊、中心相對較低、機身較矮、破巖能力較強的巷道綜合機械化掘進施工技術。該掘進施工技術主要由懸臂式掘進機、單體錨桿鉆機以及供電設備等組成，具有較強的生產能力，并對各種地質條件都比較適應。該掘進施工技術采用液壓馬達，能夠直接驅動裝載機構，液壓系統增設了自動加油裝置，穩定性與可靠性高；plc技術作為該技術電氣系統的主要控制技術，還有故障

10、診斷以及工礦檢測等功能。 （2）對于大斷面的煤層而言，可采取連續采煤機掘進施工技術。在多巷快速煤礦掘進施工以及矩形斷面雙巷掘進施工中，該掘進施工技術應用廣泛。采用該技術進行大斷面煤礦巷道掘進時，在采用連續采煤機開掘運輸巷道時，在回風巷道中，錨桿鉆車可同時進行錨桿支護作業，兩者還能實現連續交叉作業。 結束語 煤礦的巷道支護是施工的一個非常重要環節，如果能夠正確及時支護，巷道掘進工作才可以正常開展。所以，選擇較為合理的支護型式有著非常重要的意義。煤礦的巷道支護參數的合理選擇將會影響到巷道支護效果與安全生產地進行。隨著煤礦開采深度不斷增加，煤礦的地質構造較為復雜，使得礦山壓力不斷增大，巷道頂板事故也在不斷上升。由于受到煤層開采形成的應力相對