煤矿掘进巷道支护设计分析研究

煤矿掘进巷道支护设计分析研究

发表时间：2019-07-03T09:51:03.127Z 来源：《基层建设》2019年第7期作者：张舟王超

[导读] 摘要：在煤矿巷道掘进的过程中会受到采动压力、构造应力等作用力的影响，在施工巷道的顶板处会出现不同程度的局部冒顶、破碎以及变形的情况，其会影响施工的进度，更为严重的是还可能会导致安全事故的发生，因此煤矿掘进巷道支护设计是一项十分重要的工作。

内蒙古科技大学内蒙古包头 014010

摘要：在煤矿巷道掘进的过程中会受到采动压力、构造应力等作用力的影响，在施工巷道的顶板处会出现不同程度的局部冒顶、破碎以及变形的情况，其会影响施工的进度，更为严重的是还可能会导致安全事故的发生，因此煤矿掘进巷道支护设计是一项十分重要的工作。鉴于此，文章首先就煤矿掘进巷道支护设计的重要性进行论述，然后阐述煤矿掘进巷道支护设计重要参数，最后提出几种煤矿掘进巷道支护方式，以供选择。

关键词：煤矿掘进；巷道支护；影响参数

前言

在煤矿的巷道掘进过程中，如果在支护设计上不合理，极易导致重大的煤矿顶板事故的发生，从我国相关统计数据显示，在煤矿顶板事故的发生原因方面支护设计部分的占比在70%，这进一步凸显了支护设计在煤矿巷道掘进安全防护上的重要性，因此有必要就其设计中的主要参数和不同的设计方法进行论述。本文即在此背景下，对煤矿掘进巷道支护设计分三个部分进行分析，以下予以具体论述。

一、煤矿掘进巷道支护设计的重要性

在煤矿内部因为地质环境复杂等诸多原因，所呈现出来的施工条件十分复杂，而在巷道的掘进过程中则又会受到采动压力、地质构造以及围岩压力的影响，导致掘进过程中的顶板稳定性较低，需要煤矿的管理人员针对性地予以支护保障其稳定性[1]。以2014-2017年山西地区五个矿区所发生的重大煤矿顶板事故的原因进行分析，其中因为支护设计不合理而导致事故发生的占比分别为67%、72%、75.1%、

69.8%和71.2%，由此可见煤矿掘进巷道支护设计的合理性对于保障煤矿安全的重要性所在[2]。

二、煤矿掘进巷道支护设计重要参数

2.1 支护时间的选择

在煤矿掘进巷道支护设计中支护时间的选择是十分重要的一个设计参数。在煤矿巷道掘进的过程中，巷道因为受到各种应力的影响，在巷道中的围岩会呈现出塑性的状态，在不同方向上的应力作用下，巷道会出现顶板破碎、变形、顶板下沉以及断裂的情况，通常情况下径向应力较之切向应力要小一些。因此，在完成煤矿巷道掘进后需要在出现盈利高峰之前采取支护措施才可以起到最好的支护效果。此支护时间的选择则是煤矿巷道掘进中支护设计的一个关键性因素，需要设计者予以充分的考量[3]。

2.2 断面形状的选择

断面形状的选择也是煤矿掘进巷道支护设计中十分重要的一个设计参数。在断面形态上，不同煤矿其断面形状并不统一，但主要还是矩形巷道、拱性巷道和梯形巷道，而不同的断面形状在顶板压力的承受上也各有优劣。如果在煤矿巷道的掘进过程中，顶板处的压力不断增大，那么梯形断面形状和矩形断面形状较之拱形断面形状的承压能力会更低。但是拱形断面形状在施工的过程中则是存在着顶板易于破碎和维护难度大等问题。因此，在煤矿掘进巷道支护设计的断面形状选择部分，也要基于煤矿的实际情况出发，将采动压力、地质构造以及围岩压力等因素充分考虑其中，以选择最合适的断面形状，确保煤矿巷道掘进过程中的施工安全性。

2.3 巷道支护参数的选择

在煤矿掘进巷道支护设计中的一些具体参数的选择对于提升巷道的支护效果，提高巷道围岩的稳定性也具有十分重要的意义，因此在煤矿掘进巷道支护设计中对于一些细小的参数设计也要完全基于煤矿的实际情况出发，进行参数的选择。一般而言，在支护参数的设计上应该和巷道的设计标准以及实际情况之间进行精准地结合，以经济效益、巷道变形速率、巷道通风等指标处于合理范围内为目标确定具体的参数。

三、煤矿掘进巷道支护方式的选择

在煤矿掘进巷道支护设计中支护方式的选择是最为重要的一个设计部分，基于煤矿的实际情况选择一个最佳的支护方式是提升煤矿掘进巷道安全性的根本性措施所在，以下文章介绍几种较为常用的煤矿掘进巷道支护方式及其适用范围，以期给我国煤矿掘进巷道支护设计人员提供一定参考。

3.1 棚式支护方式

棚式支护方式是一种较为传统的煤矿掘进巷道支护方式，其发展主要集中于二十世纪九十年代初，根据支护材料的不同又可分为混凝土结构棚式支护、金属支架结构棚式支护、钢筋混凝土钢架结构棚式支护几种[4]。随着我国煤矿开采技术的整体提升，性能较差的钢筋混凝土钢架结构棚式支护和混凝土结构棚式支护逐渐被淘汰，金属支架结构棚式支护则是依托于其在柔性和刚性上的优势，开始在我国煤矿的顶板支护中得到越来越广泛的应用，但是金属支架结构棚式支护也存在着造价较高的缺点，适用于地质结构较为简单和倾角较小的斜井中使用。

3.2 砌碹支护方式

砌碹支护方式是目前应用最为广泛的一种煤矿掘进巷道支护方式，在我国煤矿中的应用已经有很长的历史，其可进一步分为混凝土砌块支护、钢筋混凝土、浇筑混凝土支护三种，主要在拱形大断面煤矿巷道的施工中应用。砌碹支护方式其支护作用的性质属于刚性的被动支护，在使用时存在着成本费用较高、劳动强度大以及工程量较大等缺点，同时在一些变形较为严重以及三软的煤层巷道部分的适用性较差。因此在砌碹支护方式的采用中应该尽可能是一些特殊的巷道或是硐室内使用，以尽可能的去弊兴利。

3.3 注浆加固方式

注浆加固方式目前在煤矿掘进巷道支护中的应用主要是在一些破碎的煤岩层巷道的掘进中，也是一种应用十分广泛的支护方式。注浆加固方式在使用中是指通过高压的方式将注浆注入到施工前的注浆孔内，起到提升注浆面稳定性，继而提高整个巷道稳定性和周围破碎围岩的胶结力度的效果[5]。注浆加固方式起到支护作用的原理为对已经被打碎破的原岩进行充分加固，实现原岩应力分布的重新组合，继而达到围岩应力平衡分布的效果，从支护效果上观察，注浆加固方式是加固效果极佳的一种煤矿掘进巷道支护方式，尤其适合在一些围岩已