煤矿掘进巷道支护设计分析研究

34能源技术与管理Energy Technology and Management2017年第42卷第6期V ol.42 No.6doi:10.3969/j.issn. 1676-9943.6017.06.016煤矿掘进巷道支护设计分析研究郭龙龙(西山煤电集团白家庄煤矿，山西太原030200)[摘要]巷道在掘进期间受构造应力、采动压力等影响，施工巷道顶板出现不同程度的变 形、破碎、局部冒顶现象，不仅影响巷道掘进效率，加大巷道支护难度，而且很容易发生重大煤矿顶板事故，所以巷道在施工前必须合理选择支护参数及支护方式。

通过对当前煤矿掘进巷道支护方式及支护参数选择进行分析，同时对当前煤矿支护存在问题进行阐述，提出了几项合理化对策措施，为煤矿巷道支护设计提供理论依据。

[关键词]掘进巷道;构造应力；采动压力；支护设计；支护参数选择;掘进效率;顶板事故[中图分类号]TD353 [文献标识码]B[文章编号]1672-9943(2017)06-0034-021概述矿井内施工条件复杂，巷道在掘进过程中由 于受地质构造、米动、围岩压力等因素影响，施工 巷道顶板经常出现破碎、离层、局部冒顶现象，若 煤矿设计部门在巷道设计时对巷道顶板支护参数 及支护方式选择不合理，很容易造成煤矿重大事 故。

根据国家煤矿安全监察局在6016—6015年对 我国大同、阳泉、淮北、平顶山等7个矿区发生的 重大煤矿顶板事故进行统计分析发现，发生煤矿 重大顶板事故主要有以下几个原因：巷道顶板空 顶距不符合《煤矿安全规程》规定，顶板支护设计 不合理，顶板支护质量不合格，顶板支护材料不合 格等，其中顶板支护设计不合理造成顶板事故占 总事故率70%以上，如表1所示。

支护设计主要 包括支护参数选择和支护方式选择，所以为确保 煤矿掘进巷道安全生产，提高施工巷道顶板支护 质量，掘进巷道在施工前必须合理选择支护参数 及支护方式，及时对支护中存在问题进行分析研 究，并采取有效对策措施。

表1我国部分矿区发生顶板事故原因分析单位:％顶板事故所占比例部分矿区空定距支护设计支护质量支护材料其它不合理不合理不合格不合格原因大同矿区76716.68.35阳泉矿区1176864淮北矿区 4.775.17.6116平顶山矿区1169.87 4.67阜新矿区8.471.6107 3.42煤矿掘进巷道支护参数分析2.1断面形状选择煤矿巷道形态不一，我国主要采用的是矩形 巷道、梯形巷道以及拱形巷道，不同形态的巷道断 面都具有自身优缺点，若在施工巷道顶板压力加 大的情况下，拱形巷道相比矩形、梯形巷道具有更 好的承压能力，但拱形巷道顶板易破碎且维护 困难，同时巷道施工难度大，工艺繁琐，对采掘 工作具有一定的阻碍作用。

所以巷道在掘进时应 根据实际情况（如顶板压力、构造以及采动压力 等因素)综合考虑，选择合适的巷道形态及支护方 式[1]。

只有这样，才能有效提高巷道掘进效率及安 全系数。

2.2支护时间选择巷道掘进完成后受各种应力破坏作用，巷道 围岩呈塑性状态，巷道围岩受不同方向的应力作 用会出现变形、顶板破碎、顶板下沉以及断裂等现 象，其中施加在巷道的切向应力最大，径向应力相 对较小。

所以对于巷道掘进完成后，一旦出现应力 高峰，必须加强对施工巷道的安全维护。

只有在适 当的时间段采取合理有效的支护措施，才能有效 降低压力高峰对施工巷道的破坏，提高巷道安全 稳定性。

2.3巷道支护参数选择巷道掘进期间支护参数合理选择是强化巷道 支护效果、提高巷道围岩稳定性的有力保障，所以 巷道支护参数的选择对巷道安全稳定施工具有重 要作用。

在实际生产过程中，施工巷道应根据明确2017年12月Dec., 2017郭龙龙浅析煤矿掘进巷道支护设计分析研究35的目标和方法来对巷道支护参数进行选择，一般 支护参数应与巷道施工实际情况以及巷道设计标 准相结合，确保合理的支护参数满足巷道通风、巷 道变形速率以及经济效益等要求。

3煤矿掘进巷道支护方式分类及适用条 件分析目前煤矿巷道支护方式较多，如棚式支护、锚 网支护、注浆支护等。

不同的支护形式具有各自的 优缺点，巷道在施工过程中应根据实际情况进行 选择。

3.1砌碹支护方式在煤矿采掘初期，砌碹支护是一种最常用的 支护方式，特别是在大断面拱形硐室巷道施工中 应用较为广泛。

传统的砌碹支护又可分为混凝土 砌块支护、浇混凝土支护和钢筋混凝土等3种支 护形式。

砌碹支护属于刚性被动支护，工程量及劳 动强度大，成本费用高，对于“三软”煤层或变形严 重的巷道适应性差，所以该支护方式只在一些特 殊的巷道和硐室内进行使用[2]。

3.2棚式支护方式棚式支护主要发展在上世纪90年代初，根据 结构材料不同棚式支护，可分为混凝土结构棚式 支护、钢筋混凝土钢架结构棚式支护和金属支架 结构棚式支护。

随着煤矿技术水平的不断提高，传 统的混凝土结构和钢筋混凝土结构棚式支护逐渐 被淘汰，而金属支架结构棚式支护具有刚性和柔 性，且架设方便，逐渐在各大煤矿中广泛运用。

但 是金属支架结构棚式支护成本费用较高，且在特 殊地段如大倾角斜井、地质构造复杂地段应用效 果较差。

3.3锚喷支护方式锚喷支护在当前煤矿采掘活动中是最常用也 是最重要的一种支护方式。

通过锚杆、锚索深人围 岩内部不稳定岩层，加强顶板稳压稳定性，同时采 用喷射混凝土可进一步提高巷道围岩稳定性，避 免围岩变形，提高巷道围岩自身的承载能力，在巷 道掘进过程中，能有效地降低风和水流所带来的 影响[3]，加强巷道周围岩层强度。

随着锚喷支护技 术的不断发展和完善，其应用范围不断扩大。

3.4注浆加固方式对于在破碎煤岩层巷道掘进过程中，注浆支 护应用较广。

注浆支护主要利用高压注浆栗对施 工的超前注浆钻孔注射凝固液，从而增强了巷道破碎围岩胶结力度，主要目的是对被打破原岩应 力的岩石重新进行应力分布，从而得到原岩应力 分布平衡的效果。

采用注浆支护可有效提高围岩 承载能力，具有很好的支护效果。

3.5复合支护方式复合支护方式主要是指在巷道掘进过程中采 用2种或2种以上不同支护方式联合对围岩进行 支护。

目前煤矿最常见的复合支护方式有锚杆+ 锚索吊棚联合支护，锚杆、锚索+钢棚联合支护方 式等，复合支护方式可有效提高支护效果，充分发 挥每一类支护性能，实现多种支护优势互补的目 的。

但由于复合支护方式费用较高、劳动强度大且 存在各支护方式相互匹配问题[4]，所以巷道在掘 进期间应根据实际情况，选择适当的复合支护方 式，确保复合支护方式达到预期效果。

4煤矿掘进巷道支护存在的问题及对策 措施煤矿巷道在掘进时必须对所采取的支护方 式、支护参数进行合理分析，采取合理有效的支护 形式，并对实际生产过程中巷道支护存在的问题 采取相应的对策措施，以确保煤矿巷道掘进工作 安全高效运行。

煤矿巷道支护问题在煤矿生产中是比较突出 的也是难以解决的问题。

巷道掘进支护问题主要 表现为：由于巷道围岩表面胶结力度差，受施工扰 动压力及构造应力的影响，巷道围岩很容易出现 变形、破碎现象;其次围岩的应力和变形容易导致 巷道围岩受到破坏，所以在软岩巷道掘进期间，采 用单一的支护措施不能满足实际生产需要，必须 根据实际情况，采取合理有效的支护措施。

对掘进巷道进行应力控制必须对巷道内围岩 应力及外界压力进行重新分布，采取相应措施优 化巷道应力分布。

通过合理设计掘进巷道形状及 断面规格，优化巷道围岩应力状态，进而有效控制 巷道围岩的变形和应力分布。

在改进掘进巷道支 护存在的问题过程中，需通过对矿山地质数据进 行分析，合理选择巷道支护方式。

在掘进巷道的薄 弱环节应加大支护力度，加强巷道围岩表面约束 力，避免破碎带向纵深方向发展，提高围岩的承载 能力从而减少对围岩的破坏，保持围岩整体的稳 定性，同时尽量使岩层周围平滑，避免产生应力集 中的状况，合理使用复合支护方式，增强掘进巷道 的支护强度，防止掘进巷道支护（下转第41页）2017年第42卷第6期Vol.42 No.6能源技术与管理Energy Technology and Management414.1顶板支护铺索规格为覬17.8 m m x6 200 mm的17股高 强度低松弛预应力钢绞线，钻头直径28 mm;采用 W型钢带，钢带宽280 mm、厚4 mm、长5 400 mm；米用经纬网护顶，网片规格为6 100 m m xl 100 mm；铺索托板米用300 m m x280 m m x12 mm高强 度可调心W型托板及配套调心球垫，托板高度 不低于50 mm，两凹槽间距210 mm，托板承载能 力不低于350 kN;锚索布置：每排6根，间排距 1000 m m X1000 mm，全部垂直顶板布置。

4.2巷帮支护锚杆规格为覬20 m m x2 000 mm左旋无纵筋 螺纹钢筋，钢号为335号;设计锚杆锚固力不低于 105 kN;采用高强度锚杆螺母M22，配合高强托板 调心球垫和尼龙垫圈，托板采用拱型高强度托板，高度不低于36 mm;托板尺寸不小于150 m m X 150 m m x10mm，承载能力不低于154 kN;巷帮铺 设经纬网，网片规格3 100 m m x1 100 mm;每排 布置4根锚杆，锚杆间排距900 mmx 1 000 mm，全部垂直煤帮打设。

5矿压监测及支护效果分析5.1矿压测站布置在试验段设置4个综合矿压测站。

开始试验 后，掘进工作面向前掘进50 m安装第一测站，每 隔100 m安装1组测站。

每个测站包括2个巷道 表面位移监测断面，1个顶板离层监测断面，1个 锚杆受力监测断面，1个锚索受力监测断面。

5.2支护效果分析经过400 m的掘进施工和矿压观测总结，实 现巷道顶板及两帮支护的安全可靠。

①支护强度 安全可靠。

巷道整体状况良好，顶板基本保持稳 定，下沉量平均12 mm;两帮支护强度增加，位 移大大减小，平均移动量26 mm;巷道的成型及 支护观感良好。

②实现高效掘进。

采用新的支护工 艺后，顶板支护强度增加，锚索数量减少1根，排距由0.8 m增加大1.0 m，月进度提高20 m。

③经济效益良好。

巷道材料支护费用较原来节 省154元/m，成本降低8%，仅试验段就实现 61 600元的成本节省，推广后将会实现良好的经 济效益。

[参考文献][1]梁文明.大断面煤巷支护设计优化及应用研究[J].中国煤炭，2014(1):54-57.[2] 许志东，许磊，杨俊章.厚煤层大断面煤巷支护技术研究[].能源技术与管理，2013(1):111-113.[3] 刘波.大断面煤巷支护参数优化技术研究[].煤炭与化工，2016(8):46-49.[4] 王鑫.大断面煤巷支护技术优化及应用[].山东煤炭科技，2017(3):23-24.[5] 刘艳光，周新勃.厚煤层煤巷支护优化设计[].煤炭技术，2016(7):48-50.[作者简介]张建宇(1987-)，男，助理工程师，毕业于辽宁工程技术 大学，主要从事生产技术管理工作。