鄒晨濤

（兗礦能源集團(tuán)股份有限公司南屯煤礦 山東鄒城 273500）

煤炭是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和人們生活中應(yīng)用最為廣泛的一種能源資源，其在促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提升人們生活水平中起到至關(guān)重要的作用。近年來(lái)，我國(guó)對(duì)于煤炭資源的需求量不斷增加，采煤產(chǎn)業(yè)獲得了快速發(fā)展。結(jié)合煤炭采掘?qū)嶋H可知，現(xiàn)階段，離地表較近的煤炭資源已基本開(kāi)采完畢，如果要增加煤炭產(chǎn)量，滿足工業(yè)生產(chǎn)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，還需要持續(xù)性加深采礦深度。在采煤掘進(jìn)過(guò)程中，積極開(kāi)展巷道支護(hù)工作，能有效避免煤炭資源采空、圍巖應(yīng)力變化所產(chǎn)生的巷道移動(dòng)、變形和坍塌陷落問(wèn)題，確保采礦作業(yè)的安全性。高強(qiáng)支護(hù)是現(xiàn)階段煤礦采煤掘進(jìn)支護(hù)的常用技術(shù)，出于煤礦生產(chǎn)安全性考慮，有必要關(guān)注高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)要點(diǎn)，確保采煤掘進(jìn)作業(yè)的安全性和穩(wěn)定性。

1 高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)內(nèi)容特點(diǎn)和主要作用

1.1 內(nèi)容特點(diǎn)

提高巷道的牢固性和穩(wěn)定性是高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用的主要目的。在煤礦企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，采礦人員會(huì)系統(tǒng)收集、監(jiān)測(cè)、分析巷道的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，展開(kāi)巷道實(shí)地檢驗(yàn)，以此來(lái)完成收集信息判斷和歸類。隨后，結(jié)合這些信息，采礦工作者會(huì)設(shè)計(jì)出具有較高科學(xué)性、可行性的支護(hù)方案，并通過(guò)該方案對(duì)礦井巷道整體穩(wěn)定性不強(qiáng)的區(qū)域進(jìn)行支護(hù)，這為后續(xù)的采礦施工奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?，F(xiàn)階段，在采礦掘進(jìn)作業(yè)中，高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。結(jié)合礦井巷道支護(hù)實(shí)際可知，高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)不僅具有操作便捷、安裝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，而且其在礦井巷道支護(hù)中的安全性較高，成本較為低廉，具有廣泛的適用性。從高強(qiáng)支護(hù)體系應(yīng)用效果來(lái)看，其在提升煤礦掘進(jìn)巷道圍巖承載能力的基礎(chǔ)上，有效地保證了巷道整體的穩(wěn)定性，為采礦人員創(chuàng)造了安全的作業(yè)環(huán)境，有效地滿足了新時(shí)期的采礦工作需要［1-2］。

1.2 主要作用

高強(qiáng)支護(hù)是基于采礦工作實(shí)際而出現(xiàn)的新產(chǎn)物，現(xiàn)階段，其已經(jīng)在煤礦開(kāi)采中得到了普及和應(yīng)用。從煤礦開(kāi)采掘進(jìn)和支護(hù)工作實(shí)際可知，高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的作用表現(xiàn)為如下幾個(gè)角度。一方面，高強(qiáng)支護(hù)本身是一種切實(shí)有效的支護(hù)方式。分析采礦行業(yè)現(xiàn)狀可知，當(dāng)前，我國(guó)煤礦開(kāi)采的環(huán)境較為復(fù)雜，一是隨著淺表煤炭資源的減少，煤炭開(kāi)采掘進(jìn)的深度不斷增加；二是采煤作業(yè)中經(jīng)常會(huì)遇到不同類型的區(qū)域，這些惡劣的作業(yè)環(huán)境會(huì)給采煤工作開(kāi)展帶來(lái)較大影響，導(dǎo)致采煤巷道出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破碎、脫落、坍塌等問(wèn)題。通過(guò)高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，能從前期階段避免這些問(wèn)題的發(fā)生，保證了煤礦采煤掘進(jìn)作業(yè)的安全性。另一方面，采煤掘進(jìn)作業(yè)中，礦井巷道圍巖滑移、坍塌、陷落等問(wèn)題的發(fā)生會(huì)給采煤人員的作業(yè)安全帶來(lái)較大威脅，因此，如果在采煤掘進(jìn)的基礎(chǔ)上開(kāi)展同步支護(hù)工作，就能營(yíng)造良好的作業(yè)環(huán)境，有效保證作業(yè)人員的安全性。此外，采礦行業(yè)本身屬于高危行業(yè)，近年來(lái)，我國(guó)對(duì)于采礦行業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展的重視程度不斷增強(qiáng)。在煤炭開(kāi)采過(guò)程中，嚴(yán)格遵守安全生產(chǎn)條例，進(jìn)行生產(chǎn)人員、設(shè)備、技術(shù)、環(huán)境等多元要素的管理，是保證煤炭開(kāi)采掘進(jìn)工作安全落實(shí)的基本要求。采煤生產(chǎn)中，高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用適應(yīng)了新時(shí)期煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)的要求，構(gòu)建了良好的采煤掘進(jìn)工作環(huán)境，有助于煤炭礦產(chǎn)開(kāi)采行業(yè)的有序發(fā)展。

2 采煤掘進(jìn)過(guò)程中高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

2.1 錨桿支護(hù)

煤炭資源的采掘會(huì)使得原有的地層結(jié)構(gòu)遭到破壞，這在改變礦井圍巖結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)的基礎(chǔ)上，降低了圍巖的穩(wěn)定性和安全性?；诖耍鑼?duì)開(kāi)采掘進(jìn)的圍巖進(jìn)行支護(hù)。錨桿支護(hù)是應(yīng)用較為廣泛的一種支護(hù)技術(shù)，該支護(hù)技術(shù)體系下，井下工作者會(huì)將錨桿端部深入到較為穩(wěn)定的地層當(dāng)中，然后結(jié)合巷道實(shí)際，盡可能地組合錨桿，這樣錨桿組合拱和組合梁會(huì)共同存在于巷道當(dāng)中，有效地保證了巷道圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免了采煤工作面冒頂、陷落等問(wèn)題的發(fā)生。相比其他支護(hù)技術(shù)，錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用本身具有較強(qiáng)的靈活性、適應(yīng)性，在錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)用中，還應(yīng)注重以下要點(diǎn)。

其一，在使用錨桿支護(hù)技術(shù)時(shí)，井下工作人員應(yīng)注重巖層構(gòu)造的認(rèn)真排查，要求系統(tǒng)掌握巷道使用時(shí)間和圍巖結(jié)構(gòu)應(yīng)力情況，結(jié)合巷道的實(shí)際情況進(jìn)行錨桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。當(dāng)采煤掘進(jìn)巷道形成的時(shí)間較早，則其極有可能存在巷道圍巖分化問(wèn)題，這容易擴(kuò)大巖層斷面面積，對(duì)此，在使用錨桿支護(hù)技術(shù)時(shí)，應(yīng)確保錨桿能達(dá)到1.5m左右的空頂距離，并且應(yīng)配合做好混凝土噴射工作，確保采煤掘進(jìn)工作面構(gòu)造的穩(wěn)定性。

其二，采煤掘進(jìn)施工中，使用錨桿掘進(jìn)技術(shù)還應(yīng)重視錨桿長(zhǎng)度的控制。通常，煤礦井下工作人員需在懸吊理論的指導(dǎo)下，系統(tǒng)開(kāi)展錨桿長(zhǎng)度參數(shù)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)。在實(shí)際計(jì)算中，需考慮巷道跨度、頂板煤層抗拉強(qiáng)度、原巖水平應(yīng)力分量等因素，同時(shí)，需對(duì)錨桿安全系數(shù)、錨桿長(zhǎng)度、錨桿有效長(zhǎng)度等要素進(jìn)行深層次分析，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)錨桿具體長(zhǎng)度的有效計(jì)算。

其三，在錨桿間排距設(shè)計(jì)中，應(yīng)認(rèn)識(shí)到Φ20mm×2000mm的等強(qiáng)左旋螺紋鋼錨桿在煤礦中的應(yīng)用較多，在其間距計(jì)算中，還需考慮錨桿直徑、桿體抗剪強(qiáng)度、頂板抗剪安全系數(shù)等多元要素。

其四，除控制錨桿長(zhǎng)度、間距外，還應(yīng)注重錨桿安裝過(guò)程的系統(tǒng)管理。通常，在錨桿安裝打眼階段，要求錨索孔深偏差保持在0～200mm，錨桿孔深偏差保持在0～50mm，鉆孔直徑與桿體桿直徑偏差小于10mm。具體安裝階段，要求錨桿露出部分長(zhǎng)度控制在螺母外10～40mm，錨桿排間距誤差保持在±100mm 以內(nèi)等，這樣能有效保證錨桿支撐結(jié)構(gòu)體系的完整性，提升支護(hù)效果，創(chuàng)造安全的采煤掘進(jìn)作業(yè)環(huán)境［3-4］。

2.2 超高強(qiáng)噴射混凝土技術(shù)

煤礦深部巷道支護(hù)中，可使用超高強(qiáng)噴射混凝土技術(shù)進(jìn)行支護(hù)管理，這與超高強(qiáng)噴射混凝土本身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)具有較大關(guān)系。結(jié)合煤礦生產(chǎn)實(shí)際可知，深部巷道本身具有地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜的特征，這主要表現(xiàn)在作業(yè)空間有限、巷道封閉性特征突出、圍巖構(gòu)造不穩(wěn)定現(xiàn)象明顯等諸多層面，這些問(wèn)題會(huì)造成采礦工作面圍巖結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，間接性引起圍巖變形、松動(dòng)等問(wèn)題，影響了采礦作業(yè)的穩(wěn)定性、安全性。對(duì)此，可通過(guò)超高強(qiáng)噴射混凝土技術(shù)進(jìn)行采煤掘進(jìn)面地支護(hù)處理?，F(xiàn)階段，超混凝土支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用包含兩種基本形態(tài)，除潮式高強(qiáng)混凝土噴射技術(shù)外，濕式混凝土噴射技術(shù)也獲得廣泛應(yīng)用。超高強(qiáng)混凝土噴射施工中，先需要進(jìn)行骨料和水泥材料的攪拌，然后添加相應(yīng)的水分來(lái)發(fā)揮濕潤(rùn)的功能，在完成材料混合配置后，需在壓縮空氣的做作用下，將材料推送到噴射區(qū)，這樣能有效保證加強(qiáng)支護(hù)區(qū)域的穩(wěn)定性。從煤礦采煤掘進(jìn)面支護(hù)效果來(lái)看，使用超高強(qiáng)噴射混凝土技術(shù)后，能充分保證礦井巷道巖石結(jié)構(gòu)的完整性，強(qiáng)化原有結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，這樣能在提升礦井巷道巖石穩(wěn)定性和承載性能的基礎(chǔ)上，確保采煤巷道掘進(jìn)施工的安全性。

2.3 預(yù)留煤柱技術(shù)

預(yù)留煤柱是較為傳統(tǒng)的一種支護(hù)技術(shù)，相比其他巷道支護(hù)技術(shù)，預(yù)留煤柱支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程較為簡(jiǎn)單、便捷，其能在保證巷道上下兩區(qū)段施工安全的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)巷道通風(fēng)能力和排水能力的全面提升。但不可否認(rèn)的是，通過(guò)預(yù)留煤柱進(jìn)行采煤掘進(jìn)巷道支護(hù)時(shí)，采礦企業(yè)需要消耗大量的人力、物力資源作為支撐，在該環(huán)節(jié)中，若受到外部壓力，煤柱的荷載還會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)移，即煤柱上部的荷載會(huì)通過(guò)柱身傳遞給巷道底部，這對(duì)于采煤掘進(jìn)巷道其他部位具有較大影響，降低了煤礦巷道的安全性。另外，從預(yù)留開(kāi)始后，煤柱長(zhǎng)期、持續(xù)的處于高壓作用下，在屈曲作用下，預(yù)留的煤柱有可能會(huì)損壞，這大大降低了煤柱對(duì)采煤巷道頂板的支護(hù)效果。新時(shí)期，為充分保證煤礦作業(yè)安全性，采用預(yù)留煤柱技術(shù)進(jìn)行采煤掘進(jìn)巷道支護(hù)時(shí)，還能夠注重其應(yīng)用要點(diǎn)的有效分析。

2.4 聯(lián)合高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)

新時(shí)期，人們對(duì)于采煤掘進(jìn)使用的安全性提出了較高的要求，基于此，聯(lián)合高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)在采煤掘進(jìn)巷道支護(hù)中得到了廣泛應(yīng)用。結(jié)合煤礦巷道支護(hù)實(shí)際可知，所謂的聯(lián)合高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)，重點(diǎn)應(yīng)用在噴射混凝土支護(hù)構(gòu)造功能退化的時(shí)候，該階段中，既有支護(hù)結(jié)構(gòu)的功能會(huì)逐漸退化，這降低了采煤挖掘巷道的整體性、完整性，容易引起安全隱患問(wèn)題，可通過(guò)U型鋼可伸縮支架進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)處理。從應(yīng)用過(guò)程來(lái)看，使用U 型鋼可伸縮支架，能有效地適應(yīng)煤礦開(kāi)采掘進(jìn)巷道的實(shí)際應(yīng)用情況，并且在巷道變形過(guò)程中，其不僅考慮了煤層構(gòu)造側(cè)向變形，而且統(tǒng)籌了巷道頂板的變化，具有良好的防護(hù)效果。聯(lián)合高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用中，支護(hù)操作所使用的材料較為廣泛，主要材料不僅包含混凝土、金屬網(wǎng)，而且包含設(shè)計(jì)鋼筋網(wǎng)、塑料網(wǎng)，其中，鋼筋網(wǎng)背板的應(yīng)用最為廣泛。在該材料應(yīng)用中，應(yīng)先注重巷道的系統(tǒng)觀察，尤其是要考慮巷道頂板的變化情況，為后期鋼筋網(wǎng)背板的應(yīng)用創(chuàng)造良好條件，同時(shí)，在具體應(yīng)用階段，應(yīng)注重鋼筋網(wǎng)背板與錨桿的結(jié)合，在此基礎(chǔ)上，應(yīng)使用U型鋼可伸縮支，以此來(lái)形成具有更強(qiáng)支撐、防護(hù)性能的聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)，確保采煤掘進(jìn)巷道的穩(wěn)定性［5-6］。

2.5 其他支護(hù)技術(shù)

現(xiàn)階段，采煤掘進(jìn)過(guò)程中高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用形式逐漸廣泛，收縮支架支護(hù)、型鋼材料支護(hù)也是兩種較為常見(jiàn)的高強(qiáng)支護(hù)形式。采用收縮支架支護(hù)時(shí)，若支護(hù)巷道的對(duì)象截面積不超過(guò)28cm，則可采?、箢惢蛘撷纛惪煽s性支架對(duì)其進(jìn)行支護(hù)應(yīng)用；從支護(hù)效果來(lái)看，這種可收縮性的支護(hù)手段能夠有效的提升巷道的穩(wěn)定性和安全性，確保煤炭開(kāi)采的效率與質(zhì)量。而當(dāng)使用型鋼材料支護(hù)時(shí)，應(yīng)深化其在圓形、橢圓形及半圓拱形巷道中中的應(yīng)用。實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)結(jié)合巷道的結(jié)構(gòu)形態(tài)選擇型鋼材料尺寸大小及橫斷面形狀，同時(shí)，應(yīng)注重巷道所傳遞的橫向及縱向荷載可以得到有效承擔(dān)，確保了井下巷道作業(yè)的安全性，此外，應(yīng)做好材料本身控制，確保材料具有良好的抗壓、抗拉及抗剪性能，滿足巷道支護(hù)實(shí)際需要。

3 煤礦采煤掘進(jìn)中提升高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用水平的對(duì)策

3.1 系統(tǒng)開(kāi)展采煤掘進(jìn)支護(hù)準(zhǔn)備工作

系統(tǒng)、全面地開(kāi)展前期準(zhǔn)備工作，能為高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)造良好條件，確保煤礦采煤掘進(jìn)巷道支護(hù)的整體質(zhì)量。一方面，在煤礦采煤掘進(jìn)及支護(hù)施工中，先應(yīng)進(jìn)行煤礦井下掘進(jìn)區(qū)域地質(zhì)水文環(huán)境的有效勘查，該環(huán)節(jié)中，除進(jìn)行環(huán)境濕度、地質(zhì)條件要素勘察外，還應(yīng)準(zhǔn)確了解采煤掘進(jìn)巷道的地形、地貌，然后結(jié)合煤礦采煤掘進(jìn)相關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)這些因素進(jìn)行分析，為后期掘進(jìn)工藝應(yīng)用和支護(hù)工藝的設(shè)計(jì)奠定良好基礎(chǔ)。另一方面，初期階段完成采煤掘進(jìn)巷道支護(hù)方法設(shè)計(jì)后，還應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行深入討論，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)踏勘結(jié)果，及時(shí)改進(jìn)和完善支護(hù)方案中的問(wèn)題，確保巷道支護(hù)方案能為后期工作的開(kāi)展提供制度。另外，在確定具體支護(hù)方式后，應(yīng)積極安排支護(hù)材料進(jìn)場(chǎng)。在支護(hù)材料進(jìn)場(chǎng)階段，要求對(duì)材料的規(guī)格、質(zhì)量和數(shù)量進(jìn)行檢查。以鋼結(jié)構(gòu)支護(hù)材料為例，除考慮材料抗壓能力、抗剪能力外，還需要對(duì)材料的抗壓能力進(jìn)行檢測(cè)，為支護(hù)材料的后期應(yīng)用奠定良好基礎(chǔ)，確保采煤巷道的穩(wěn)定性、安全性。

3.2 重視采煤掘進(jìn)巷道支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

支架結(jié)構(gòu)在采煤掘進(jìn)巷道中的應(yīng)用較多，在高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用中，應(yīng)確保高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)體系下支架結(jié)構(gòu)應(yīng)用的合理性。首先，在采煤掘進(jìn)的初期階段，就必須重視多元支護(hù)方案的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并做好設(shè)計(jì)方案的對(duì)比，實(shí)現(xiàn)采煤掘進(jìn)巷道剛性支護(hù)與柔性支護(hù)的有機(jī)統(tǒng)一。其次，使用高強(qiáng)支護(hù)架構(gòu)時(shí)，要求重視支護(hù)結(jié)構(gòu)與采煤掘進(jìn)巷道空間結(jié)構(gòu)的對(duì)接，要求盡可能地保證空間結(jié)構(gòu)的整體性，避免大范圍返修問(wèn)題發(fā)生。同時(shí)，支架材料的應(yīng)用對(duì)于高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用效果具有較大影響，采煤掘進(jìn)巷道中所使用的高強(qiáng)支護(hù)材料較多，除螺紋鋼錨桿、鋼筋鋼帶、錨索外，金屬菱形網(wǎng)、樹(shù)脂錨固劑等都是較為常用的支護(hù)材料，在這些材料應(yīng)用中，應(yīng)重視其材質(zhì)、規(guī)格、型號(hào)和用途的系統(tǒng)考慮。比如，在金屬菱形網(wǎng)支護(hù)材料應(yīng)用中，應(yīng)選擇10號(hào)鐵絲完成護(hù)頂、幫等部位的處理，滿足巷道整體防護(hù)需要。最后，在采煤掘進(jìn)巷道支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用中，還需要重視巷道圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力作用演變的分析，并對(duì)支架結(jié)構(gòu)的受力情況進(jìn)行分析，確保支護(hù)體系的穩(wěn)定性，滿足煤礦采煤掘進(jìn)防護(hù)需要。

3.3 新技術(shù)的推廣應(yīng)用

伴隨著安全化生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展，煤礦企業(yè)的自動(dòng)化、機(jī)械化、智能化水平不斷提升，這從根本上優(yōu)化煤礦企業(yè)的生產(chǎn)方式和作業(yè)形態(tài)，并對(duì)細(xì)部環(huán)節(jié)的操作施工帶來(lái)較大影響。就井下巷道掘進(jìn)施工而言，新技術(shù)和新設(shè)備的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了其施工效率和質(zhì)量的全面提升，確保了作業(yè)人員的人身安全。因此，就整體支護(hù)過(guò)程而言，其同樣需要進(jìn)行新技術(shù)和新設(shè)備的推廣與應(yīng)用。例如，斷面層是煤礦巷道掘進(jìn)中經(jīng)常遇到的問(wèn)題，一旦斷面呈體積較大，就會(huì)對(duì)整體的施工過(guò)程造成影響，此時(shí)，通過(guò)連續(xù)掘進(jìn)新技術(shù)的應(yīng)用，就可以實(shí)現(xiàn)這些問(wèn)題的有效控制，并最大限度地降低頂板支護(hù)難度，確保頂板支護(hù)質(zhì)量提升。

4 結(jié)語(yǔ)

高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于采煤掘進(jìn)工作具有較大影響，其能創(chuàng)造良好的采煤工作環(huán)境，確保采煤掘進(jìn)的安全性。新時(shí)期，煤礦工作人員只有充分認(rèn)識(shí)到高強(qiáng)支護(hù)的內(nèi)容和技術(shù)特征，結(jié)合煤礦開(kāi)采實(shí)際，深化支護(hù)技術(shù)應(yīng)用，并加強(qiáng)不同類型高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用過(guò)程控制，這樣才能有效提升采煤掘進(jìn)巷道支護(hù)效果，保證巷道作業(yè)穩(wěn)定性、安全性，促進(jìn)煤炭開(kāi)采行業(yè)的有序發(fā)展。