芻議煤礦巷道安全支護(hù)技術(shù)

　　隨著礦井向深部發(fā)展，原巖應(yīng)力增大，巖體塑性大，巖體移動(dòng)量大移動(dòng)速度快，而且在深部變形量較大，開采后變性明顯，因而，在深部巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)上應(yīng)滿足支護(hù)強(qiáng)度大、能抵抗高地壓、可縮性能好，可縮量大，能適應(yīng)圍巖大變形，封閉性能好，能有效地防止鼓底等優(yōu)點(diǎn)，因此，單一支架很難滿足這些要求，應(yīng)采用多種支護(hù)共用復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)，提高支護(hù)質(zhì)量、降低成本、增加效益。
　　1 煤礦井巷主體承受壓力
　　考驗(yàn)圍巖應(yīng)力與強(qiáng)度的因素則為煤礦井巷主體承受的壓力，其包含傾斜巷道、水平巷道與垂直巷道產(chǎn)生的地壓，地壓通過地殼巖體相互間產(chǎn)生的機(jī)械作用通過壓力形式展現(xiàn)。在沒有開展回采或掘進(jìn)的巖層其巖體在任何位置都會(huì)受到來自各方均勢壓力的擠壓，進(jìn)而處于原始的相對平衡態(tài)勢，當(dāng)開掘煤層或巖層巷道后，其巖體受到的原有三向壓力則轉(zhuǎn)變?yōu)閮上?，進(jìn)而令該類相對自然平衡的壓力狀態(tài)需要進(jìn)行重新分配。
　　水平巷道地壓由巷道頂壓、側(cè)壓與底壓組成，垂直巷道地壓主要指掘開立井后，其周圍巖石承受力在大于自身強(qiáng)度情況下便會(huì)在井筒四周呈現(xiàn)破壞區(qū)，區(qū)域內(nèi)巖石則會(huì)倒落于井內(nèi)，如果井內(nèi)設(shè)有支架，則會(huì)令支架受到擠壓力影響。傾斜煤礦巷道內(nèi)產(chǎn)生對支架的作用地壓高低可通過其傾斜角度采用相應(yīng)計(jì)算方式獲取，基于傾角影響，我們可將其位于拱內(nèi)自然平衡的巖石重力分解為法線與切線分力等。
　　2 煤礦井巷穩(wěn)定性影響因素
　　對煤礦井巷穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響的因素包括圍巖性質(zhì)、井巷位置、斷面尺寸、軸線巷道方向、破巖掘進(jìn)方法、沿空護(hù)巷、掘進(jìn)時(shí)間以及相關(guān)掘進(jìn)方案等。地層煤系普氏系數(shù)一般為零點(diǎn)五至一點(diǎn)五，而石灰?guī)r與硬砂巖系數(shù)則分別為十與八，倘若我們合理令煤礦巷道由煤系地層轉(zhuǎn)變?yōu)橛矌r，則會(huì)令其整體穩(wěn)定性顯著提升到八到十倍，由此可見巖性具有重要的煤礦井巷穩(wěn)定性影響效能。對井巷位置的調(diào)整主體是針對采面或相鄰巷道距離的調(diào)整，進(jìn)而降低其應(yīng)力影響作用，令采空區(qū)相對關(guān)系更為協(xié)調(diào)，避免受到不良支撐壓力的影響，進(jìn)而有效降低圍巖巷道壓力。煤礦軸線巷道方向在同原巖的最大應(yīng)力方向保持一致時(shí)具有較好的穩(wěn)定性，而當(dāng)兩方向呈垂直分布時(shí)則具有較差的穩(wěn)定性。為有效維護(hù)煤礦巷道穩(wěn)定性、杜絕其圍巖產(chǎn)生跨落或變形，在掘出巷道后我們應(yīng)對其實(shí)施適宜性支護(hù)，進(jìn)而確保煤礦巷道提供安全可靠的工作空間。維護(hù)煤礦巷道的形式種類繁多，依據(jù)結(jié)構(gòu)可將其劃分為砌碹支護(hù)、棚式支護(hù)、錨噴支護(hù)等。
　　3 提升煤礦井巷可靠穩(wěn)定性科學(xué)支護(hù)技術(shù)
　　3.1錨桿和錨索的支護(hù)
　　錨桿在錨固支護(hù)中起主導(dǎo)作用。隨著近年來煤炭的開采強(qiáng)度逐年增大，錨固支護(hù)技術(shù)在大面積推廣使用。錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)具有普通錨桿的懸吊作用、組合梁作用、鍥固作用以及改善圍巖強(qiáng)度作用以外，與普通錨桿不同的是對頂板進(jìn)行深部錨固而產(chǎn)生的強(qiáng)大的懸吊作用，并且沿巷道縱軸線形成連續(xù)的支撐點(diǎn)，以大預(yù)緊力減緩頂板變形擴(kuò)張，改善巷道受力條件，使頂板得到有效控制，片幫問題也得到了解決。增強(qiáng)了巷道頂部巖層的的整體性和連貫性，通過錨網(wǎng)梁、錨索支護(hù)使圍巖及時(shí)形成穩(wěn)定的支護(hù)承載圈，用廢舊的U鋼穿眼支護(hù)是加強(qiáng)了巷道的受力面積，并保證支護(hù)圍巖的穩(wěn)定性；在該耦合支護(hù)中，錨索起著主導(dǎo)承載作用，同時(shí)能夠防止圍巖松動(dòng)破壞，并有一定的伸縮性，可隨巷道圍巖同時(shí)變形，而不失去支護(hù)能力。錨索由于深入巖層內(nèi)部，錨固深度大，可將下部巖層錨固在上部穩(wěn)定巖層中，同時(shí)可施加預(yù)緊力，主動(dòng)支護(hù)圍巖，能夠充分調(diào)動(dòng)巷道深部圍巖的強(qiáng)度。
　　3.2棚式支護(hù)技術(shù)
　　煤礦井巷棚式支護(hù)方式可依據(jù)其使用材料劃分為金屬支架、木質(zhì)支架、鋼筋混凝土與金屬支架等，倘若依據(jù)空間形式則可劃分為馬蹄形、拱形與梯形等；依據(jù)其使用服務(wù)性能則可將其劃分為可縮性或剛性支架等。由木支架構(gòu)建的棚式支護(hù)方式基于其材料有限的強(qiáng)度性，令支護(hù)維護(hù)可靠性受到了一定影響，易于產(chǎn)生腐爛現(xiàn)象，且防火性能差，因此該類支護(hù)技術(shù)方式我們應(yīng)多應(yīng)用在地壓有限的煤礦井巷中，且斷面不易過大，應(yīng)具有較短的服務(wù)年限，同時(shí)還可應(yīng)用于掘進(jìn)巷道或維修巷道臨時(shí)支護(hù)作業(yè)中。對于棚式金屬支架支護(hù)我們可用于巷道準(zhǔn)備及回采巷道環(huán)節(jié)，因其較木支架具有較強(qiáng)的堅(jiān)固耐用性因此適用于具有較大斷面且較嚴(yán)重地壓的煤礦巷道中，尤其更適宜應(yīng)用于可縮性支架。當(dāng)然金屬支架同樣不耐酸性腐蝕，因此對于有酸性水源的煤礦井巷中我們不適宜采用該類金屬支架棚式支護(hù)技術(shù)。鋼筋混凝土材料支架耐用性較長，因此我們可令其應(yīng)用于不存在動(dòng)壓的煤礦采區(qū)巷道中，尤其在較長服務(wù)年限、較穩(wěn)定地壓及斷面低于十二平方米的巷道中發(fā)揮其較好的可靠支護(hù)效果。
　　3.3砌碹支護(hù)技術(shù)
　　該類支護(hù)技術(shù)方式內(nèi)含較強(qiáng)的耐久性、堅(jiān)固性、阻水防火性，且通風(fēng)阻力較低，使用材料也具有廣泛的來源等優(yōu)勢。同時(shí)該類技術(shù)的缺點(diǎn)則在于施工復(fù)雜性較突出，且施工投入成本較高，一般我們可將其較多應(yīng)用于具有較長服務(wù)年限的煤礦開拓巷道中。而對于具有較大地壓、較差地質(zhì)條件的煤礦巷道中，或缺乏他類支護(hù)材料狀況下以及在服務(wù)年限有限的煤礦巷道中我們更適宜采用石材支護(hù)技術(shù)方式。
　　3.4錨噴支護(hù)技術(shù)
　　煤礦巷道中錨噴支護(hù)技術(shù)即為噴射混凝土、噴漿以及錨桿支護(hù)的聯(lián)合支護(hù)技術(shù)方式，是合理化剛性為軟性的綜合支護(hù)思想。該類支護(hù)技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用需要我們對于煤礦井巷所處的不同圍巖條件進(jìn)行科學(xué)探討。倘若在整體硬巖的煤礦井巷中，基于該類圍巖具有較高強(qiáng)度，因此在深度中等開采條件下我們只需合理對巷道進(jìn)行選型并應(yīng)用光面爆破方式，便可令煤礦巷道自身處于較高可靠穩(wěn)定狀態(tài)，而無需進(jìn)行輔助支護(hù)。而一些情況下為有效預(yù)防風(fēng)化、令尖角狀產(chǎn)生的集中應(yīng)力現(xiàn)象得到良好控制，我們也可對位于該巖層進(jìn)行開掘的主要煤礦大巷及峒室實(shí)施必要的支護(hù)處理。對處于塊狀巖體條件的煤礦井巷，基于其圍巖具有較差的整體性能、堅(jiān)硬程度較好、巖塊之間通常呈現(xiàn)咬合鑲嵌狀態(tài)，且鎖在一起，因此采用該類錨噴支護(hù)技術(shù)可有效及時(shí)的預(yù)防危石出現(xiàn)個(gè)別掉落現(xiàn)象，并能較好的確保整體圍巖的穩(wěn)定性。
　　對于煤礦井巷位于層狀巖層時(shí)，我們可激發(fā)錨桿支護(hù)技術(shù)的顯著優(yōu)勢作用，令其應(yīng)對巖層有可能發(fā)生的沿層面滑動(dòng)現(xiàn)象，我們可借助錨桿支護(hù)技術(shù)內(nèi)含的抗拉、抗剪與壓緊錨桿層面增多形成的摩擦力，保護(hù)滑動(dòng)石塊處于穩(wěn)定狀態(tài)。針對彎張與離層較易產(chǎn)生的破壞我們則應(yīng)采用同層面呈垂直狀態(tài)的一組錨桿將各個(gè)巖石層有效合為一體，進(jìn)而構(gòu)建為穩(wěn)固的組合梁形式，有效提升其抗彎剛度。對于強(qiáng)度有限的軟巖層，其具有較大的變形能力，無法大量承受拉應(yīng)力，因而較易產(chǎn)生過大的圍巖變形、破壞或松動(dòng)不良狀況，基于這一現(xiàn)狀我們可科學(xué)利用網(wǎng)殼錨噴支護(hù)技術(shù)的完善支護(hù)效果、良好支護(hù)剛度、靈活調(diào)整性、連續(xù)立體支護(hù)功能展開有效及時(shí)的支護(hù)處理應(yīng)用。
　　3.5 U型棚支護(hù)
　　架棚支護(hù)的主要工藝流程為：放中、腰線→挖柱窩→立棚腿→上棚梁→加固→背板（充填）。U型棚的主要支護(hù)理論為在巷道圍巖壓力作用下，可縮性梯形支架和拱型支架均靠構(gòu)件搭接部分發(fā)生滑移使支架達(dá)到可縮，可縮量的大小由卡箍的松緊進(jìn)行調(diào)節(jié)，最大可縮量可達(dá)300-350mm在支架架設(shè)初期，卡箍中的螺絲要擰緊，以保證支架的初撐力，圍巖繼續(xù)來壓，U型鋼構(gòu)件繼續(xù)滑動(dòng)，從而緩和了圍巖對支架的壓力、直至耗盡卡箍間的可縮量為止，此時(shí)支架變?yōu)殇撔灾Ъ芏螄鷰r。
　　結(jié)束語
　　煤礦井巷支護(hù)技術(shù)的科學(xué)、適應(yīng)性應(yīng)用可有效提升煤礦工程可靠性、耐久實(shí)用性并延長其服務(wù)壽命，因此我們應(yīng)在明晰煤礦井巷承受主體壓力、易于受到的穩(wěn)定性影響基礎(chǔ)上適應(yīng)性應(yīng)用煤礦井巷支護(hù)技術(shù)方式，全面激發(fā)其可靠防護(hù)性能，營造安全、穩(wěn)定、良好的煤礦井巷生產(chǎn)環(huán)境，進(jìn)而創(chuàng)設(shè)豐富的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。