煤矿巷道施工及顶板支护技术研究

1.矿井巷道掘进施工概述

(1)掘进施工的具体类型矿井巷道的掘进施工主要可分为以下三种类型：第一，大断面煤巷连续采煤机掘进方式。这是一种常见的巷道掘进施工方式，主要分为连续型掘进与间断式掘进两种。其中，主要借助运输机、铲车、运煤车等设备进行掘进施工的是间断式掘进；综合运用铲车、连续采煤机进行掘进施工的是连续式掘进。第二，综合机械化掘进方式。这种方式常被应用于煤矿井下综合掘进施工当中，需要供电设备、单体锚杆设备、掘进机设备等综合运用。其中，掘进机在掘进工作中发挥主要作用的是核心设备。第三，掘锚一体化掘进方式。这种方式具有配合度良好的优势，其掘进效率较高，常被应用于巷道掘进施工当中。其施工设备主要包括连续采煤机、悬臂式掘进机等。(2)掘进施工的影响因素巷道掘进是一项复杂的工程，影响其掘进速度、掘进效果的因素有很多，主要包括以下两点：第一，掘进施工区域的地质构造情况。掘进施工区域的地质条件良好，施工单位可采用较简单的施工技术进行掘进，且不会面临较多的危险因素；如果掘进施工区域的地质构造复杂，则会使掘进施工面临较多的不稳定因素，增加掘进施工的难度，影响速度和掘进质量。影响掘进施工进程的地质因素具体包括工作面煤岩的硬度、强度，工作面的围岩发育情况，工作面的褶曲构造，地下水的用水量、地下的瓦斯浓度等等。第二，掘进施工所使用机械设备的先进程度。使用自动化或半自动化的智能掘进设备可以规避巷道掘进中的危险因素，使掘进施工效率提高；而使用技术落后的设备进行掘进施工会影响煤矿巷道的掘进速度，使掘进施工的综合效益降低。同时，设备对掘进工艺的影响也很大。使用落后的机械设备很难发挥先进施工工艺的优势，造成技术、人员的浪费，导致掘进施工的效率缓慢。

2.矿井巷道掘进施工技术要点

(1)巷道断面设计要点巷道断面设计时要考虑矿车弯道的实际运行需求、人行的需求与巷道内的实际风速。一方面，要根据矿车弯道的实际使用需求确定巷道净宽度，确保其内外侧的宽度比设计宽度宽0.2m，保证巷道两端的宽超出实际计算宽度3.0m，满足其运输需求。同时，要使巷道内有1.6m高的人行道，满足人的使用需求。设计人员可根据V=Q/Vmax计算风速，用于完善巷道断面设计内容。其中，V表示风速，其计算单位为m/s；Q表示风量，其计算单位为Nm3/min；Vmax表示最高风速，其计算单位为m/s。(2)钻研爆破施工要点钻研爆破具有一定的危险性，具体操作期间要考虑到炮眼的布设、炸药的使用量、爆破角度等具体问题。在爆破施工期间，施工人员要注意以下几点：①做好爆破施工的准备管理，提前在工作面的中下部设计槽眼，先起爆扩大自由面，为下一步的正常爆破做好准备。②完成起爆操作后进行打辅助眼操作，进一步增大自由面，使爆破操作能正常进行。③对顶眼、帮眼、底眼等周边眼进行爆破操作。④以设计要求为依据进行起爆操作。严格控制每平方米所需的炸药量，使炸药的消耗量科学合理。同时，要明确炸药的埋置深度，将其控制在0.8-2m以内。(3)岩煤巷施工要点岩煤巷施工是巷道掘进施工的主要施工环节之一，施工人员应按照具体的步骤进行施工操作。第一，使用空压机、喷射机急性喷射混凝土施工。以先基础、后侧帮的顺序对其进行操作，使喷嘴处距离保持在1.0m，且维持垂直状态，同时使空压机和喷射机的压力维持在0.5MPa。分层喷射操作时，需要将其厚度维持在50mm左右；安装操作过程中，需使地、梁两端保持稳定，并对其进行固定处理；在通风操作过程中，施工人员应严格控制通风机吊挂的高度，使其与地面相距0.3m；在除尘操作过程中，施工人员应对巷道内部进行雾化处理，同时安装瓦斯传感器，在灰尘厚度不高于2mm的状态下进行掘进施工。(4)巷道支护施工要点巷道支护施工是巷道掘进工程的关键施工环节，对保证掘进施工安全有着重要意义。巷道支护施工要点有很多，在这里对几个具体施工要点展开分析：第一，支护参数应以巷道掘进施工的具体情况为参考，选择合适的支护施工方法。同时，要做好掘进断面宽度的设计，以免宽度不够造成巷道压力过大，使巷道内的危险系数增加。第二，合理设计吊环支护，保证其固定点在2个以上，且其迎头、超前支护端面相距不超过0.3m，确保吊环支护的稳定性。第三，如果使用混凝土支护方式，需做好施工设计。采集精确数据，并按照具体的计算公式计算出混凝土喷射厚度，使混凝土支护结构符合巷道永久性支护的使用标准。

3.煤矿巷道掘进施工及顶板支护技术

(1)锚杆支护方法锚杆支护方法是形式构造施工方式的一种，其应用范围广、效率高的支护方法。支护锚杆主要由钢带、托盘、锚杆体、网等构件构成，具有良好的抗拉性能与抗剪性能。巷道表面受外界压力影响，或与巷道的岩体接触时，锚杆的金属托盘可以有效解决围堰脱离层面的问题，使围堰节理裂缝舒张和围堰节理结构面的滑动情况受到有效控制，减少内部的安全隐患。此外，锚杆支护方法具有改善巷道结构的应用优势，其支护面与巷道表面相连接，可以解决围堰中落石散落的问题，提升支护结构的安全性。由于锚杆支护方法操作简单、施工快捷，这种方法受到了施工人员的喜爱，经常被应用于煤矿快速掘进施工当中，为提升工作效率、优化施工监督管理措施奠定了管理基础。(2)锚喷支护方法锚喷式支护方法是一种常见的支护方法之一，其主要依靠可缩性支架对结构进行支撑。这种方法在应用过程中要考虑到支架的承重范围和支架的变形问题。一旦被支护结构的力超出了可缩性支架的极限承受能力，很可能会为整个支护结构带来安全问题。施工人员在使用锚喷支护方法时要考虑以上集中问题，明确支架能够承受的力度，并按照精确的数据进行施工。锚喷式支护方法的应用效果受连接件的工作状态、支架的整体构造情况的影响。在使用这种方法进行施工时必须要时时刻刻注意其具体情况，以免其支护结构在使用过程中发生细微变化影响整个工程的支护效果。(3)预留柱支护方法预留柱支护方法是一种较为传统的支护手段，其支护施工的流程区域完善，相关施工管理措施也比较健全。很多支护的施工单位对预留柱支护方法较熟悉，在施工期间遇到的阻力较少。这种方法的原理如下：某一区间内的上下区段存在一定的宽度和空隙，空隙的存在使整个面积所承受的压力被错开，使得单位面积承受的压力荷载减少。预留柱支护方法的操作方法便捷，但却能够满足施工人员对顶板支护的一般要求。但是这种方法也存在一定的缺陷，比如施工成本较高、后期维护难度较大等等。在条件允许的情况下，施工单位可使用其他支护方法代替预留柱支护方法，或将其他方法与预留柱支护方法结合使用，以此来弥补该方法的应用不足。

4.优化煤矿巷道掘进支护技术使用效果的具体策略

(1)重视地质勘探管理，提升掘进施工安全性地质因素对巷道掘进施工、巷道支护施工有着直接影响。考虑到地下水文情况、工作面的褶曲构造、地下瓦斯含量及浓度对掘进施工、支护施工的不利影响，施工单位需在正式施工前做好施工区域的地质勘察管理。施工单位应组建或聘用专业的地质勘探工程队，要求工程队人员使用科学的勘探技术、正确的勘探方法对当地的宽广地质构造进行勘察，获得可参考性强的勘察数据，帮助掘进、支护施工队伍全面掌握地下信息。结合我国当下地质勘探技术发展情况，将三维地震综合勘探技术应用到煤矿巷道的地下勘探工作中很有必要。具体勘探操作时需要注意以下问题：①以煤矿企业的实际发展需求设计勘探方案，以免勘探结果不符合应用需求，造成无用勘探。严格根据企业的生产规划、实际发展情况进行三维勘探，了解无煤区、落差断层、陷落柱等部位的实际情况。②确定勘探技术的使用主次顺序，以免各种勘探技术同时使用影响勘探效果。比如，将地质钻探技术作为主要的勘探技术，将其应用到勘探煤储量、勘察煤层情况等工作当中，使用其他勘探方法对地质勘探技术进行补充，使勘探数据更为全面。(2)做好前期管理工作，保证施工高效进行当下巷道掘进支护工作效率低，一部分原因在于煤矿企业对施工前准备管理工作不重视，未及时引进新的施工技术、施工工艺以及先进的施工设备，没有认识到先进的施工工艺、设备对巷道掘进施工顺利进行的重要性。为充分发挥巷道掘进、支护技术的优势，减少施工人员的工作量、加快掘进、支护施工的速度，煤矿企业应提升施工组织管理工作效率，为机械化施工、自动化施工做好准备。一方面，要提前做好顶板垮落等危险事故的应急预案，降低此类问题的影响；要完善巷道掘进、支护施工的具体管理策略，使施工人员明确巷道支护施工的具体规格、具体操作程序以及安全操作管理事项，以制度、规范约束其不安全行为，减少掘进施工、支护施工的危险因素。另一方面，要改变传统的、不科学的管理模式，将现代化的施工管理方法应用到煤矿巷道的掘进、支护施工当中，实现动态化、全面化的施工管理。加强对各个施工细节的监督，严格按照施工技术管理、施工质量管理、施工安全管理的具体要求对其进行综合管理，使施工人员使用规范化的操作手段进行施工。(3)提高安全支护意识，奠定技术优化基础巷道掘进是一门危险性较高的工作，只有提升煤炭企业管理人员的安全责任意识、提升施工人员的自我安全防护意识，才能够推进巷道施工的安全管理，使煤炭企业自上而下形成良好的安全管理氛围。第一，要重视对巷道掘进施工的安全管理，制定明确的安全操作、安全施工规范，使管理人员能够严格按照相关标准开展管理工作，纠正施工人员的错误操作习惯，降低误操作风险。第二，重视安全管理的宣传教育工作。在施工区域的醒目处拉横幅、张贴大字报，使现场人员能够时时刻刻以“安全施工、安全掘进”进行自我规范。同时，煤炭企业也要做好安全教育管理，定期组织现场施工安全报告会议，重点讨论施工期间可能存在的安全隐患及相关对策，使参会人员都能够学会安全操作行为。第三，落实安全管理考核制度。将管理人员、现场施工人员的工资、绩效、奖金与安全考核机制联系起来，使现场人员重视巷道掘进的施工安全管理。(4)做好巷道力学测试，消除支护安全隐患巷道支护施工材料、巷道支护施工方法的选择需要以巷道围岩力学测试的参数为依据，因此，做好巷道的力学测试是非常有必要的。施工单位应使用科学的力学测试技术对其进行煤矿井下岩体的地质测试管理，通过使用专业的围岩测试辅助工具、专业的巷道力学分析系统对其具体参数进行分析，并根据分析结果选择合适的支护材料与支护施工技术。根据测试结果施工人员能够得知岩体结构的实际情况，比如是否存在破碎、结构不完整等等，并根据数据反馈内容选择锚杆支护技术、棚式支护技术或联合支护技术，提升支护结构的稳定性，减少支护施工的安全隐患。(5)引入先进施工技术，提升支护施工效率传统的巷道掘进技术施工效率低，且施工安全存在不足。煤炭企业应重视技术创新管理，积极引进并应用先进的施工技术，从根本上提升巷道掘进施工的效率。一方面，要追加对引进技术、购买设备、吸引人才的资金投入力度，为技术的创新夯实基础。另一方面，要重视对相关设备的养护与维修管理，使先进的仪器设备能够始终保持高效状态。在购买巷道支护设备时，采购人员要考虑到设备的稳定性和抗压性，并严格按照相关标准与要求采买支护工具，使材料的规格、大小、数量满足安全施工的要求。(6)健全支护施工体系，提升支护施工质量健全的支护施工体系是保障巷道安全掘进施工的基础。煤炭企业要从整体层面出发，认真分析当下施工中存在的安全隐患，并制定针对性的管理方案，使施工体系健全。第一，做好施工区域的现场勘察，明确施工现场的地形地貌、地理环境，获得完善的矿压、围岩环境材料。第二，根据巷道的使用需求、实际情况设计施工方案和技术图纸，提前选择相应的支护技术。第三，落实事中管理规定，严格管理施工人员的操作，制定问题预防预案，推进巷道掘进施工的正常进行。(7)完善施工管理机制，规范掘进支护操作煤矿巷道掘进与支护施工的具体操作流程复杂，且涉及到的操作项目较多，不注重细节管理很容易为工程的施工埋下质量隐患与安全隐患，影响整个掘进、支护工程的施工效率。煤矿企业应从整体出发，对施工流程进行全面性的管理与规划，使掘进施工能够在规范的指导下安全、稳定进行。第一，搭建精细化的管理框架，完善掘进施工、支护施工的具体施工规划，使每项施工环节有具体的管理标准。第二，细化各施工环节施工问题的监督标准与管理方法，使施工人员能够严格按照具体标准衡量施工内容；一旦发生施工问题，施工人员可按照具体的事故处理方法对其进行处理，进一步控制事故的不利影响。第三，完善施工现场的奖惩机制，对于严格按照操作标准进行施工操作、严格遵循考勤制度上下工的施工人员予以奖励，使其能够以较饱满的情绪参与掘进、支护施工；对于消极怠工、偷工减料的施工人员加以惩罚，使其能够端正工作态度，严谨对待巷道掘进、支护施工，为规范化施工流程奠定基础。第四，健全掘进、支护施工监理机制，由专门的监督人员按照施工方案、施工设计对具体施工操作进行管理，及时发现施工中出现的问题，及时加以调整。

5.结束语

提高煤矿施工作业的现场安全性，减低事故发生率，是当前政府及企业重点关注问题。而针对顶板结构虽具有一定的不可预测性，但仍可通过当前先进的监测设备及完善的管理制度来规避或降低顶板坍塌事故的发生，设计人员按相关规范，科学的对顶板支护进行可靠的设计分析，操作人员严格按照相应的操作流程及注意事项进行操作，企业定期对人员进行相关知识的培训及技术指导，维修作业人员定期对顶板支护设备进行检查维护，发生问题及时处理，则可有效降低或预防顶板的冒顶及坍塌事故发生，保障人员的生命安全，提供煤矿的开采量及企业的经济效益。

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作者：徐祥 单位：晋能控股煤业塔山矿业