引言

 

　　随着技术的发展，我国煤矿矿井的深度不断增加，截止目前为止，开采深度已经超过1000米。我国煤矿的主要开采形式是井工开采，这就要求在作业过程中掘进大量的巷道。因此，采取有效的巷道支护技术是当下煤矿开采过程中的重要举措，不仅可以提高生产效率，也是人员安全的重要保障。

 

　　1.1砌碹支护

 

　　砌碹支护技术较为传统，是一种古老的支护方式。目前在大巷中仍然可以见到它的迹象。根据时代的不同，砌碹支护材料也发生了一定的变化，从最初的料石以及混凝土砌块发展为现今的现浇钢筋混凝土结构，其强度进一步加强。但是，总体上来说，砌碹支护的支护成本较高，经济上不合理，而且其浇筑过程中需要耗费大量的劳动力，影响正常的施工进度，在围岩变形较大的地区不适用。

 

　　1.2棚式支架

 

　　棚式支护在20世纪90年代的应用较为广泛，其支护使用率超过80%。根据支护材料的不同主要分为木材支护和金属支护，由于木材支护的荷载承受有限，目前已逐渐被金属支护所代替。金属支护包括刚性支护和可伸缩性支护，材料的形状有工字钢以及U型钢，其断面形式也呈现出多样化的形式，包括梯形、拱形以及圆形等。金属支护的材料性质发生了一定的转变，不仅强度增强，且重力减少，为施工提供了极大的便利性。

 

　　1.3锚喷支护

 

　　锚喷支护的历史可以追溯到20世纪50年代，最初是在岩巷中采用，发展至今，其技术初步成熟。喷射技术的优势在于可以快速封锁巷道，多见于突发情况的应用，如雨水量较大时可以采取该种方法，以减少水对围岩的不良影响。锚固的杆件可及时支护围岩，起到了良好的加固作用。

 

　　1.4注浆加固

 

　　对于破碎的岩体，采取上述三种方式均难以取得较好的成效，而且成本较大。此时，注浆支护加固不失为一种好的方式。注浆支护的优势在于可以将破碎的岩体粘结起来，起到了混凝土的作用，其强度大大增加，不仅利用了材料，而且效果客观。岩体粘结后，由于其整体结构被改变，自身的承载能力大大增加，目前注浆材料主要有两大类型：水泥基材料和高分子材料，具体采取何种形式可以根据巷道的地质条件来选择。

 

 

　　对煤矿巷道研究的目的主要在于分析其四周岩石的位移以及一系列变形，从而不断加固支护，做好裂缝的防护措施，确保施工的正常进行。巷道除了具备运输的功能外，还需要有良好的通风条件，以保持矿井工作人员的安全。良好的通风还有利于缓解底部的潮湿，确保生产的稳定性。

 

　　2.1巷道围岩的强度

 

　　随着施工的掘进，围岩会发生不同程度的变形，尤其是软土地带表现得更加明显，变形超过某一限定值时，就会产生破坏。随着围岩强度的增加，抗压以及抗剪能力加强，当围岩的强度达到极限时，顶部板的移动随之变小，我们称之为移近率。此时，单位时间内的移近率变化很小，主要是由于围岩可以将荷载自行承受，以减少顶板的荷载。

 

　　2.2地应力

 

　　地应力主要由两个因素引起，包括自重以及地质构造产生的应力。地应力是破坏巷道围岩的直接影响因素，在支护设计中有必要作为重点对象考虑。根据力学的性质，自重所产生的应力和巷道深度有关，地下掘进深度越深，那么地应力就越大，这和海底中产生的压强是相似的。

 

 

　　3.1锚杆支护顶板稳定性分析模型

 

　　根据顶板所受预应力的类型，建立如下图所示的模型，为理想状态：

 

　　其中B——巷宽；X0——巷帮塑性区宽度；Q3m——锚杆施加的轴向等效应力；D——潜在冒落块高度；n——侧向荷载深度比；nD——侧向力作用的深度；T——诱导侧向力；Zo——诱导侧向力与拱中心处应力组成力偶的初始力臂。

 

　　当锚固处于平衡状态时，其应力状态，可利用松弛法求解，具体计算步骤为：

 

　　首先假定侧向荷载分布的深度为n0D，则拱座内力和半跨度内力的初始力臂为：

 

　　Z0=D（1-■n0）（1）

 

　　最大水平应力：R1max=■（2）

 

　　平均水平应力：R1=■R1max（■+■）（3）

 

　　拱的弧长：L=B+■（4）

 

　　拱的弹性缩短：△L=■L（5）

 

　　拱的高度及力臂：Z=（■（■-△L））（6）

 

　　侧向荷载深度比：n=■（1-■）（7）

 

　　在计算过程中，将Z0，n0代入（2）中的Z，n，根据式（2）-（7）顺序计算R1max，R1，L，△L，Z和n。每个计算循环得到一个新的Z，n值，然后将它重新代入公式（2），开始新的循环，重复求解序列，直到获得最大水平应力R1max和侧向荷载深度比n的稳定值RT和nT。

 

　　3.2煤矿巷道支护技术在极软岩巷道中应用分析

 

　　软土层的主要形式是压缩性能强，土壤灵敏度极高，但是透水性很差。结合我国地质条件分析，天津塘沽、连云巷、上海、舟山、福州、厦门、泉州、漳州、广州及洞庭湖、洪泽湖、太湖、鄱阳湖四周地区，长江中下游、珠江下游、淮河平原、松辽平原、昆明滇池周边、贵州水城、盘县等均存在不同程度在软土层现象，对基础设施的建设造成了一定的难度，其中就包括煤矿巷道掘进。在软土地带，和正常地带相比，煤岩体存在强度破坏、内部结构松散等现象，且煤岩体在保存（下转第33页）（上接第89页）不当的情况下还会出现易风化、遇水发生膨胀的现象，这对软岩矿井中的巷道支护提出了更高的要求。针对膨胀性较强的煤岩，采取掘进断面的形式，并且利用几何知识，促使断面呈现出直强半圆拱形。巷道设计时对预应力要尤其注意，建议采用高强度树脂进行预应力的锚固。

 

　　3.3煤矿巷道支护技术在深部沿空留巷中的应用分析

 

　　深部沿空留巷中的顶板极易产生变形，煤帮挤出现象严重。为了进一步加固深部沿空留巷，深部沿空留巷的支护离不开岩体活动规律、周围岩体与支护的作用关系以及巷内支护、巷旁支护以及加强支护等问题。岩体活动规律主要是解决岩体作用的相互关系，根据顶板的活动特点，将其分为前期活动、过渡期活动以及后期活动等三个阶段，分别计算出阻力，建立相应的力学模型，并且在试验的基础上应用于沿空留巷的支护；巷旁支护是采用高水材料和膏体材料相结合的方式，利用机械填充加固，此外，还可以采取锚索加强支护的方式；巷内支护的形式较多，有工字钢、U形钢以及联合支护都能够，随着技术的发展，高预应力的支护系统得到了良好的推广和应用。

 

　　煤矿巷道在开采的过程中，实际情况远比理论要复杂得多，折旧要求我们在掌握理论知识的同时，在矿井掘进过程中，根据巷道的实际情况，采取经济合理的措施对巷道进行支护并且加固。此外，随着掘进深度和长度的增加，地应力不断加大，折旧要求相关技术人员结合工程实况来匹配正确的支护参数，包括支护锚固的数量以及规格等。在有必要的前提下，还需要更改支护方式，以此来确保掘进过程中的安全问题。