煤矿掘进巷道锚杆支护方式的应用与研究

煤矿掘进巷道锚杆支护方式的应用与分析 张洪涛

摘要：煤矿为保障煤矿开采工作的顺利进行，其首要工作就是因地制宜的选择合适的支护方式，如果在煤矿巷道掘进的过程中没有选择适合有效的支护技术，将会使煤矿开采工作面临难安全隐患的威胁，无法顺利稳定开展。由此可见，巷道掘进支护技术是安全、稳定进行煤矿开采的重要基础。根据工程实例，分析几种常见的掘进巷道锚杆支护方式，探讨锚杆支护技术使用存在的问题，以期可以提高煤炭开采效率，从而促进煤矿行业发展。

关键词：巷道锚杆；煤矿掘进；支护方式；应用分析

引言

煤炭企业应深入研究相关技术，并在生产实践中积极应用锚杆支护方式，以有效防止重大安全事故的发生，避免对工作人员的人身安全及煤矿和国家的财产造成重大损失，从而推动煤炭行业的发展进步。

1、煤矿掘进巷道支护技术应用的发展情况

上世纪五十年代中期，锚杆支护技术开始应用于我国的煤矿开采掘进中，然而此时我国的锚杆支护理论还没有完善，锚杆支护处于单体锚杆群支护阶段，主要依靠的是早期思维悬吊理论与楔形剪切理论，锚杆支护使用的材料主要是水泥沙浆、钢丝绳以及木锚杆等，各个锚杆之间缺乏托板、杆体的联系，因而只实现了悬吊作用而无法保护围岩，具有较强的被动性。到了七十年代，锚杆支护理论逐渐丰富、完善，在组合支撑梁理论以及组合支撑拱理论的指导作用下进入了组合锚杆支护阶段。围岩的岩性较软是煤矿巷道的常见特征，因此煤矿开采中大断面巷道也是极为常见。这种复杂的地质情况下，单体锚杆群支护已不能满足开采需要。树脂药、水泥药钢筋锚杆以及金属锚杆等的组合锚杆在巷道中的应用，可通过加设金属网、支护钢带、刚架等，保障围岩的稳定性，还可以通过组合拱、组合梁来进一步提高支护的承载能力，体现了更佳的支护效果。随着煤矿掘进巷道的开采规模不断扩大，巷道的掘进越来越深，支护技术必须同步提高才能满足煤矿开采的需要。而对锚杆支护的方式进行合理的选择，同时辅以快速挖掘机，能够有效地提高巷道掘进的速度与效率，进而提升煤矿企业的经济价值，实现锚杆支护技术的快速提升。

科学管理

332 2019年第8期1 引言在煤矿开采过程中，需要开掘大量的巷道来服务煤层的开采。随着煤矿开采技术的发展，煤矿开采的速度越来越快，这对巷道的掘进提出了新的要求。采掘紧张是很多煤矿面临的棘手问题，一方面是掘进的速度慢，另一方面支护速度跟不上影响掘进。新开挖的巷道如果不进行及时的支护，会导致巷道的断面在矿山压力的作用下急剧减少，这对于煤矿生产是十分不利的。由于这类巷道的服务年限很短，一般只有两到三年时间，这就要求巷道的支护成本要低。因此，在煤矿掘进巷道中采用锚杆支护是十分有必要的，主要是由于锚杆支护的支护速度快、成本低以及安全可靠。本文首先介绍了锚杆支护的发展历史，然后介绍了锚杆支护的应用情况。2 煤矿掘进巷道中锚杆支护的必要性在过去煤矿掘进巷道的长度较短，往往只有几百米，现在可达几千米。过去多采用采用型钢支护和木棚支护掘进巷道，而对于大范围的巷道支护，采用型钢支护或木棚支护显然是不经济的也是不现实的[1-2]。最主要的是过去的型钢支护或木棚支护的支护速度慢，人力劳动强度大，而且无法实现机械化。现在煤矿开采对巷道的断面有着严格的要求，这就要求支护的方式必须不断的创新和完善。随着煤矿开采深度的增加，采矿工作面的开采强度增加，这就对支护的强度提出了新的要求。为了保证巷道的支护强度，煤矿掘进巷道必须要采取新的支护方法。此外，随着综掘机的出现，巷道的掘进速度越来越快，如何有效的提高掘进巷道的支护效率显得尤为重要。因为要想保证煤矿掘进效率就必须使巷道支护效果和速度从根本上得到提升。因此，在掘进巷道中采用锚杆支护技术的应用是必要的。3 锚杆支护技术的作用随着煤矿技术的发展，锚杆支护已经被大多数矿井所接受。其支护的效率较高，便于实现机械化，而且支护的成本较低。与锚网配合使用，锚杆支护的支护效果更好。经过多年的发展和应用，锚杆支护技术的效果和安全性得到了很大的改善。3.1 支护的适用性强在多数情况下，锚杆的杆体选择是具有很高强度的螺纹钢[3]。根据锚杆使用的位置不同，锚杆杆体的材料应该会存在不同，例如：在靠近工作面一侧的锚杆支护需要采用塑钢，由于在回采时会产生很强的动压作用在锚杆上。锚杆直接的选择应该根据巷道的围岩的特性，对于巷道围岩比较稳定的情况选择直径小的锚杆，相反，选择直接较大的锚杆。由于不同岩石地质是不同的，这样就会决定锚杆支护采用的原材料是不同的，在比较松软的煤矿中则是需要采用全长的锚固。3.2 改善巷道周围围岩稳定性对于新开掘的巷道，其主要是都到地层压力的作用，因此需要采用一定的支护工具来维持煤矿巷道的稳定性，减缓巷道断面的缩小。只有这样才能为煤矿的开采提供了一定的安全空间[4]。由于巷道周围被岩石所包围，提高巷道围岩的稳定性就能保证巷道的安全性。在早期的煤矿掘进巷道中，多使用的金属支架、混凝土以及木材等方式进行支护。这种材料对巷道的支护能力有限，而且需求量大，支护的成本较高，需要大量的劳动力。因此，这种方式已经被淘汰，锚杆支护技术已经成为了巷道的支护的主要手段。3.3 改变巷道围岩的承载结构经过多年的使用，锚杆支护的安全性已经被众多学者所证实。对于锚杆支护的主要原理存在着以下几点认识。第一，锚杆支护对围岩具有加固作用，在巷道进行支护时，锚杆一般是等间距排列的，在预应力的作用下，在锚杆周围会形成一个压缩性性区域，多个锚杆的压缩性区域连接起来就会形成了一定厚度的压缩带。这在一定程度上能改变了岩体的应力分布方式，防止岩体出现松动现象。第二，锚杆会对岩体起着一定的悬吊的作用，主要是指锚杆通过锚杆将岩石悬吊在巷道的周围，控制破碎岩块的下沉问题。第三，锚杆支护区域会形成组合梁，在煤矿掘进巷道中，在顶层来安装锚杆就会使得锚杆的预应力产生一定的组合梁作用，进而增强整体的承受能力，这种情况只适用于预应力锚杆。4 煤矿掘进巷道中的锚杆支护技术研究4.1 锚杆支护技术存在的问题虽然锚杆支护技术的成熟度较高，应用广泛，但是我国的锚杆技术还存在一些问题，这与我国的煤矿地质条件复杂有关。存在的问题主要有以下几个方面，第一，机械化程度不高，由于我国复杂的地质条件，巷道的掘进多采用悬臂式的掘进方式，这就导致锚杆支护技术在煤矿掘进巷道中的应用研究王海龙山西兰花沁裕煤矿有限公司 山西 晋城 048000摘要：巷道是煤矿开采所必须的通道。在煤矿开采过程中，需要掘进大量的服务于回采的巷道，这类巷道的服务年限较短，巷道的支护成本一般较低。锚杆支护是一种合适的支护技术，其具有成本低，施工方便以及支护可靠的优点，在大多数煤矿巷道中得到了广泛的应用。由于矿山压力的作用，煤矿中正在掘进的巷道会产生变形，这对于巷道的使用是十分不利的。因此，在巷道掘进过程中，采用锚杆支护是方便经济的。本文首先介绍了煤矿掘进巷道中的支护技术的发展历史，然后分析了锚杆支护的优势，最后简单介绍了锚杆支护的应用。关键词：煤矿开采 掘进巷道 锚杆支护 应用

煤矿掘进巷道锚杆支护技术研究

摘要：为了保障跟上煤矿掘进的速度，应当在掘进的同时开展支护工作，进而提高巷道的安全系数，不然，会逐步减少巷道断面，从而影响煤矿开采效率，更有甚者会形成煤矿安全事故，这不但使煤矿企业受到严重的经济损失，而且会导致人身伤害事故。一般支护巷道应维持两年到三年的时间。鉴于此，应有效地兼顾经济成本，结合具备适用性与经济性的锚杆支护方式变成了当今煤矿掘进巷道支护的一种理想技术。

关键词：煤矿掘进；锚杆支护；应用

中国的煤矿大多是通过井工方式开采的，这就需要掘进大量服务于生产的各类巷道。煤矿巷道的安全掘进影响着煤矿的生产效率。在巷道掘进过程中，必须采用合适的支护技术来支护巷道，以保证巷道的使用安全。在进行支护时，不仅要考虑支护强度，还要考虑支护的施工速度。为了选择合适的支护形式，非常有必要分析影响巷道支护方式选择的因素。经过多年的发展和实践，锚杆支护已经成为了主流的巷道掘进支护技术。本文围绕锚杆支护技术的特点和优势进行论述。

1 锚杆支护技术的原理

虽然锚杆支护技术实施起来简单，但是其作用机理还尚不明确。通过学者们的大量研究，认为锚杆支护作用主要有3种，即组合拱作用、组合梁作用和悬吊作用。组合拱作用认为，锚杆支护能改变巷道围岩周围的应力状态，使得巷道周围应力呈拱形分布，极大地提高了巷道围岩的承载能力；而组合梁作用认为，锚杆支护使得巷道围岩成为一个整体，形成了一种梁式结构，从而使得围岩的稳定性增强；悬吊作用认为，锚杆支护能使得巷道周围的围岩悬挂于岩层中，从而减轻巷道周围围岩的压力。

2 煤矿掘进巷道锚杆支护方式的应用

2.1 悬臂煤矿掘进巷道锚杆支护方式

当前时期，基于煤矿产业持续提升发展水平，煤矿开采设备以及技术不断发展，在开采煤矿资源中务必结合高效的支护技术确保安全性。一般来讲，有效地应用锚杆支护技术，能够实现巷道稳定性与安全性的提升，其中，在煤矿开采实际中应用比较广泛的是悬臂式煤矿巷道，往往在开采大型煤矿时应用这种巷道。相比较于以往的煤矿巷道支护方式，在应用悬臂掘进巷道锚杆支护技术方式后，显著提高了整体支护构造的安全性，并且也使煤矿资源的开采效率大大提升。在开采煤矿巷道工作面中，会应用各种各样的机械设备，重点划分为单体锚杆钻机、悬臂式掘进机、可伸缩式输送机等，在开采煤矿过程中，通过应用悬臂掘进巷道锚杆支护技术，可以实现理想的保障效果。基于煤矿开采技术的发展和进步，当前国内逐步应用新型的掘进设备，其中比较广泛的是自主研发的EBJ-120TP型掘进机，在煤矿开采中具备尤为简便的操控过程，且大大提高了掘进工作的稳定性与安全性。总之，当前时期的悬臂掘进巷道锚杆支护技术日益发展和进步，此阶段重点牵涉到单体锚杆机以及转载机的应用。

工艺与设备2019·07164Modern Chemical Research当代化工研究

支护方式改用两排一字梁和单体来进行支护。与此同时，巷

道另一端通过超前帽点柱进行支护，从而能够节省端部回料

所用时间，减少采煤机停机时间。其次是进刀方式，采煤

机进行双向割煤时，端部会返机等待15～20min，如若能够

在这15～20min内采煤机继续工作割煤，就能够减少循环作

业时间。双向割煤循环时间与进刀段长度、进刀割煤速度、

端头待机时间、作业面长度以及正常割煤速度等参数有关。

一般情况下，进刀段长度为35m，进刀割煤速度为10m/min，

端头待机时间为15～20min，作业面长度为200m，正常割煤速

度为6m/min。根据这些参数得知双向割煤所用时间区间为50

～55min。而长距离进刀时间除了上述因素外，海域利用等待

时间割煤距离有关，通常这段距离取值为40～53m，计算得知

长距离进刀时间为43～45min，比双向割煤时间少了约10min左

右。②生产工序节点控制分析。综采工作面采煤工作流程为割

煤→移架→推移运输机→运输。整个流程中任何一个工序出现

问题均可能终止整个回采作业，因此，为了减少工序的影响，

必须采取相关措施对工序进行控制，保障高效生产作业。

(2)采煤作业现场管理优化分析

为了保证矿井正常生产，必须从组织、管理、制度等

方面入手做好采煤现场的作业管理。①劳动组织的优化。在

确保工作人员劳动强度的基础上，适当地对工作人员进行调

配。回采过程中，应当安排专人对采煤过程中的重点工序进

行监督检查，但是不得影响采煤机的正常工作。②加强对人

的管理。企业应当定期或者不定期地对作业人员进行管理和

技能培训，加强员工的安全作业意识，统一思想，提升员工

自主学习的主动性和积极性。③完善奖励制度。通过设置奖励制度，提供作业人员的工作积极性。同时，设定安全生产

奖励制度，制定相关考核制度，给予在固定时间内出现危险

与否的工序相关的工作人员相关的奖惩措施。