【摘 要】 本文介紹了掘進(jìn)巷道支護(hù)的免維護(hù)理念，總結(jié)了免維護(hù)理念在開(kāi)灤集團(tuán)各礦井的應(yīng)用情況，提出了免維護(hù)實(shí)例的標(biāo)準(zhǔn)化模板，在巷道掘進(jìn)工程中應(yīng)用效果明顯。

【關(guān)鍵詞】 免維護(hù)；礦區(qū)地質(zhì)；涉及與方法

前言：

巷道支護(hù)免維護(hù)理念，就是根據(jù)煤層賦存特征、圍巖條件和礦壓狀況，設(shè)計(jì)合理的巷道位置和層位，以高強(qiáng)度，大斷面支護(hù)技術(shù)為主要支護(hù)手段，采用讓抗結(jié)合、聯(lián)合支護(hù)、動(dòng)態(tài)加固等方法，達(dá)到長(zhǎng)期穩(wěn)定的目的，從而使巷道支護(hù)滿(mǎn)足生產(chǎn)、安全及經(jīng)濟(jì)的需要。

具體來(lái)講：“免維護(hù)”理念：就是一方面，在工程支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，適當(dāng)增強(qiáng)巷道支護(hù)強(qiáng)度，使工程在使用期內(nèi)，巷道的支護(hù)強(qiáng)度能夠抵御礦壓的作用，確保工程無(wú)需再進(jìn)行二次維護(hù)；另一方面，在一定程度上擴(kuò)大巷道斷面，使巷道承受一定的變形后，仍能滿(mǎn)足使用要求，不必再次進(jìn)行套修。

1、礦區(qū)地質(zhì)條件

開(kāi)灤礦區(qū)所有可采煤層之頂板底板均由粉砂巖及泥巖組成，個(gè)別為中粒砂巖和灰?guī)r，8S、9S、12S煤層頂?shù)装逶诰植康貐^(qū)為易風(fēng)化的沉凝灰?guī)r，巖性一般均較致密堅(jiān)硬，巖石吸水性較強(qiáng)，松軟易碎。其煤層頂?shù)装辶W(xué)性質(zhì)：抗壓強(qiáng)度63～86.5Pa，抗剪強(qiáng)度240～584Pa；

開(kāi)灤礦區(qū)各礦井井深巷遠(yuǎn)，存在許多高應(yīng)力區(qū)域，開(kāi)掘巷道時(shí)受礦山壓力影響較大，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，有以下幾種高應(yīng)力巷道類(lèi)型：（1）圍巖軟弱型，即軟巖巷道，例如荊各莊礦9煤層頂板、11煤層底板的粉砂巖。林南倉(cāng)礦11、12煤層頂板；（2）采動(dòng)影響型，即動(dòng)壓巷道，例如孤島煤柱工作面上下出口，各礦井都存在這種情況；（3）深井高應(yīng)力型，即深井巷道，埋深超過(guò)600米的巷道。如趙各莊礦、林西礦、唐山礦，局部采深都超過(guò)1000米。

礦井高應(yīng)力巷道具有圍巖破碎嚴(yán)重，塑性區(qū)、破碎區(qū)范圍很大，蠕變嚴(yán)重，巖石峰后狀態(tài)和性質(zhì)、長(zhǎng)時(shí)強(qiáng)度發(fā)生變化等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)造成巷道維護(hù)困難、維護(hù)費(fèi)用高，影響生產(chǎn)等一系列問(wèn)題。因此，免維護(hù)巷道設(shè)計(jì)就要以高強(qiáng)度，大斷面支護(hù)技術(shù)為主要支護(hù)手段，采用讓抗結(jié)合、聯(lián)合支護(hù)、動(dòng)態(tài)加固等方法，達(dá)到長(zhǎng)期穩(wěn)定的目的。

2、“免維護(hù)”設(shè)計(jì)方法與實(shí)例

2.1“免維護(hù)”設(shè)計(jì)方法與實(shí)例之一：采用高強(qiáng)度金屬支架，增加巷道支護(hù)強(qiáng)度

荊各莊礦在臺(tái)棚設(shè)計(jì)時(shí)，臺(tái)棚插梁全部使用10根6.5m、29U支撐鋼，臺(tái)棚臉每側(cè)變?yōu)槿?，且?6U、11.9m2支架，兩側(cè)鎖口棚子與末根插梁用1.2～1.5m的25U支撐鋼插背，使得臺(tái)棚的支護(hù)強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，避免了回采過(guò)程中再次套改臺(tái)棚，保證了安全生產(chǎn)。

2.2“免維護(hù)”設(shè)計(jì)方法與實(shí)例之二：大斷面支護(hù)

2.2.1巷道斷面要以滿(mǎn)足設(shè)備使用作為前提，荊各莊礦使用1米皮帶設(shè)計(jì)成如下這種斷面，其他礦如果使用1.2米皮帶就需要擴(kuò)大巷道斷面，若使用0.8米皮帶也可以適當(dāng)縮小巷道斷面，但要以滿(mǎn)足使用免維護(hù)為前提。（見(jiàn)下圖2-2-1）

2.2.2東歡坨礦在設(shè)計(jì)工作面上下順槽時(shí)，均采用大斷面設(shè)計(jì)，上順槽設(shè)計(jì)成14.1m2斷面，下順槽設(shè)計(jì)成14.7m2斷面，既保證大型綜采設(shè)備的使用、安裝、運(yùn)輸，又保證回采期間巷道變形也能保證使用。

2.3“免維護(hù)”設(shè)計(jì)方法與實(shí)例之三：支護(hù)方法選擇

2.3.1讓抗結(jié)合

大斷面讓壓、高強(qiáng)度抗壓支護(hù)為主要表現(xiàn)形式。

2.3.2聯(lián)合支護(hù)

例如荊礦在架棚掘進(jìn)過(guò)程中過(guò)9煤層頂板且上頂有淋水情況下，采用架棚噴漿聯(lián)合支護(hù)的方式，起到增強(qiáng)支護(hù)，封閉圍巖的作用。（見(jiàn)下圖2-3-2）

2.3.3動(dòng)態(tài)加固

動(dòng)態(tài)加固主要是以煤層注漿為主要手段，主要方法為錨桿注漿、錨索注漿等方法，起到加固圍巖，增加支護(hù)強(qiáng)度的作用。

圖2-2-1 皮帶巷儲(chǔ)帶倉(cāng)大斷面設(shè)計(jì)圖

圖2-3-2 荊各莊礦3094風(fēng)道全斷面錨網(wǎng)+U型鋼支護(hù)設(shè)計(jì)

注漿是將具有充填膠結(jié)性能的材料配成漿液，以泵壓作為動(dòng)力源，用注漿設(shè)備通過(guò)注漿管將其注入到加固對(duì)象，漿液以滲透、充填、壓密等方式擴(kuò)散，通過(guò)材料自身凝固、硬化，使其與被加固對(duì)象膠結(jié)成一個(gè)整體，形成一個(gè)結(jié)構(gòu)新、強(qiáng)度大、抗?jié)B性好的“結(jié)合體”在掘進(jìn)過(guò)程中可以對(duì)斷層帶、頂板破碎冒頂帶、軟巖帶等進(jìn)行注漿加固。

注漿的目的是防滲、堵漏、糾偏、加固。

2.4“免維護(hù)”設(shè)計(jì)方法與實(shí)例之四：支護(hù)設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)流程

2.4.1支護(hù)設(shè)計(jì)方法

支護(hù)設(shè)計(jì)方法可歸納為三大類(lèi)，分別是工程類(lèi)比法、理論計(jì)算法、以計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬為基礎(chǔ)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。

目前大多數(shù)礦井采用工程類(lèi)比法、理論計(jì)算法，其中以工程類(lèi)比法即經(jīng)驗(yàn)法為主，支護(hù)設(shè)計(jì)的發(fā)展方向?yàn)橐杂?jì)算機(jī)數(shù)值模擬為基礎(chǔ)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，還需要我們不斷的學(xué)習(xí)借鑒。

實(shí)例：抬棚支護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算

圖2-4-1 臺(tái)棚插梁鋪設(shè)圖

（1）抬棚規(guī)格：

插梁：29U直型鋼，長(zhǎng)度5.5米，10根

抬棚臉：25U，10.5平方金屬拱形支架。每側(cè)3架，共6架。

抬棚凈寬：4米。

抬棚跨度：3.9—4.0米。

抬棚支撐長(zhǎng)度：即插梁長(zhǎng)度，5.5米。

（2）抬棚頂板壓力計(jì)算：

根據(jù)公式：Pt=α×L2×r×a×9.8

Pt——巷道頂板壓力（KN）；

α——承載系數(shù)α=1；

L——巷道掘進(jìn)寬度（m）；

r——頂板巖石容重（2.5t/m3）；

a——支撐長(zhǎng)度（m）。

得出：Pt=1*4*4*2.5*5.5*9.8=2156KN。

（3）抬棚支撐壓力計(jì)算：

抬棚的支撐壓力即為抬棚臉的支撐壓力：

礦用金屬拱形支架額定載荷P（10.5支架）=395KN

抬棚臉的額定載荷P=抬棚臉數(shù)量*支架額定載荷=6*395=2370KN

P（抬棚的額定載荷）2370>P抬棚壓力2156。

因此抬棚支撐力滿(mǎn)足巷道壓力要求。

（4）插梁抗壓強(qiáng)度計(jì)算：

因?yàn)椴辶菏茄靥飳挾确较蚓鶆虿贾玫?，每根插梁所承受的巷道壓力?yīng)該近似相同。插梁承受壓力等于抬棚承受壓力為2156KN，每根插梁承受215.6KN的壓力。29U型鋼，抗彎壓力為297KN，大于插梁承受壓力215.6KN.

因此用29U及以上的型鋼作為抬棚插梁滿(mǎn)足抬棚支撐要求。

2.4.2巷道支護(hù)設(shè)計(jì)流程

收集地質(zhì)資料、臨近巷道層位及支護(hù)狀況分析、周邊開(kāi)采環(huán)境及擾動(dòng)影響→判斷圍巖開(kāi)挖后的懸露時(shí)間→能滿(mǎn)足一次支護(hù)工序所需最短時(shí)間→圍巖可錨性判斷→選擇架棚支護(hù)或錨網(wǎng)支護(hù)

3.“免維護(hù)”理念的成果

通過(guò)近幾年的“免維護(hù)的實(shí)踐。我們體會(huì)到：巷道“免維護(hù)”理念的體現(xiàn)不是一味地增強(qiáng)巷道支護(hù)強(qiáng)度，而是根據(jù)圍巖性質(zhì)、礦山壓力、相鄰區(qū)域附近煤層的采動(dòng)情況、巷道使用年限，根據(jù)理論和實(shí)踐相結(jié)合的原則確定巷道支護(hù)形式，計(jì)算支護(hù)參數(shù)時(shí)，在原計(jì)算基礎(chǔ)上增加20%為宜。

為了體現(xiàn)“免維護(hù)”理念的先進(jìn)性和實(shí)用性。我們對(duì)荊各莊礦業(yè)公司2007年～2011年掘進(jìn)工程的進(jìn)尺量、套修量、套修率、投入人力和套修費(fèi)用進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。（詳見(jiàn)表3-1）。

表3-1 “免維護(hù)”理念取得收益表

2007年 2008年 2009年 2010年 2011年

進(jìn)尺量（m） 2929 2832 2718 2619 2628

套修量（m） 868 736 718 512 382

套修率（%） 29.6% 26.0% 26.4% 19.5% 14.5%

投入人力（人/年） 55 45 45 30 23

套修費(fèi)用（萬(wàn)元） 41.25 33.75 33.75 22.5 17.25

據(jù)表3-1的統(tǒng)計(jì)，我們對(duì)其進(jìn)行了對(duì)比分析，分別繪制了2007～2011年進(jìn)尺和套修統(tǒng)計(jì)圖“（詳見(jiàn)圖3-2）；免維護(hù)”效益對(duì)比圖（詳見(jiàn)圖3-3）。

圖3-2 2007～2011年進(jìn)尺和套修統(tǒng)計(jì)圖

圖3-3 效益對(duì)比圖

從上述兩幅圖表中可以看出，荊各莊礦自2009年開(kāi)始，將“免維護(hù)”理念應(yīng)用到掘進(jìn)工程的設(shè)計(jì)和施工之中。不論從套修量和套修率上都有大幅度的下降，從而取得了非?？捎^(guān)的經(jīng)濟(jì)效益。

4.結(jié)語(yǔ)

免維護(hù)理念在巷道掘進(jìn)工程中的合理應(yīng)用，有效的保證高應(yīng)力區(qū)域的巷道支護(hù)強(qiáng)度，不斷探索和改進(jìn)支護(hù)技術(shù)，達(dá)到巷道支護(hù)可靠、技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果好，滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，降低套修工程的二次投入成本，改善支護(hù)效果。掘進(jìn)施工達(dá)到一次成巷，減少清臥套修等工程量，延長(zhǎng)巷道服務(wù)期限，為后期掘進(jìn)及回采進(jìn)入打好生產(chǎn)安全基礎(chǔ)。

作者簡(jiǎn)介：姜志剛（1970-），男，河北唐山人，1992年畢業(yè)于山西礦業(yè)學(xué)院采礦工程系采礦專(zhuān)業(yè)，開(kāi)灤集團(tuán)（有限）責(zé)任公司煤業(yè)分公司生產(chǎn)技術(shù)部高級(jí)工程師。