大倾角半煤岩巷道掘进护帮技术研究与应用

摘要：大倾角半煤岩巷道是矿山开采过程中一种特殊的巷道类型。由于地质条件复杂，巷道掘进过程中容易出现严重的围岩失稳、坍塌等问题，给施工带来诸多挑战。为解决该难题，针对大倾角半煤岩巷道掘进中的主要问题，提出了一套完整的护帮技术方案，包括初期支护技术和二次支护技术，并对支护材料的性能进行了详细分析。同时，通过实际工程案例验证了该护帮技术的有效性和可行性，取得了良好的应用效果。

关键词：大倾角半煤岩巷道；掘进；护帮技术；支护材料

1.引言

矿山开采过程中，各类巷道的掘进是不可或缺的环节。而大倾角半煤岩巷道就是一种特殊的类型，其地质条件复杂，容易出现严重的围岩失稳、坍塌等问题，给掘进施工带来诸多困难。因此，如何确保大倾角半煤岩巷道的安全高效掘进，就是人们关注的重点和难点。对此，国内外学者进行了大量的研究与实践。有人提出了一种基于岩体结构特征的大倾角巷道支护技术，通过合理配置锚杆、网片等支护措施，有效控制了巷道围岩变形；有人从岩体受力机理出发，研究了大倾角巷道支护体系，为工程实践提供了有益参考；有人针对大倾角巷道掘进中的支护难点，提出了一种针对性的双层锚网支护技术，取得了良好的应用效果。这些研究成果为解决大倾角半煤岩巷道的掘进难题提供了重要依据。由于地质条件的复杂性和局限性，现有的研究成果还难以全面覆盖大倾角半煤岩巷道掘进中的各类问题。因此，有必要系统地研究大倾角半煤岩巷道的掘进护帮技术。

2.大倾角半煤岩巷道概述

对于大倾角半煤岩巷道，由于地质构造特点，需要沿着比较大倾角的岩层或混合岩层掘进施工。复杂的地质条件，常会出现断层、节理发育等不利因素，给施工带来诸多挑战。一般而言，大倾角半煤岩巷道的倾角在≥25°，巷道断面尺寸通常为5.0m×3.5m或5.5m×3.8m。巷道围岩稳定性一般较差，容易出现岩体变形、崩落等问题，形成很大的安全隐患。因此，如何采取有效的护帮措施，确保大倾角半煤岩巷道的安全高效掘进，一直是研究的热点。

3.大倾角半煤岩巷道掘进中的主要问题

在大倾角半煤岩巷道的掘进中，主要存在以下技术难题：①围岩稳定性差。由于地质构造的复杂性，大倾角半煤岩巷道围岩的力学性能较差，容易出现大范围岩体变形、位移及局部崩落等，严重影响掘进施工的安全性。②支护难度大。常规的支护方式，如锚杆、喷锚网等，在大倾角半煤岩巷道中难以发挥应有的支护效果，需要采取更为专业和针对性的支护技术。③施工难度高。大倾角半煤岩巷道的掘进受地质条件的严重制约，施工过程复杂，对机械设备的性能要求较高，对作业操作水平也提出了更高的要求。④施工安全隐患大。由于围岩稳定性差，支护难度大，大倾角半煤岩巷道的掘进极易造成严重的安全事故，给施工安全带来很大威胁。因此，针对大倾角半煤岩巷道掘进中的问题，急需研究和开发更为有效的护帮技术，以确保该类巷道的安全高效掘进。

4.大倾角半煤岩巷道掘进护帮技术

为解决大倾角半煤岩巷道掘进中的主要问题，提出了一套完整的护帮技术方案，包括初期支护技术和二次支护技术，并对支护材料的性能进行了深入分析。

4.1 初期支护技术。在大倾角半煤岩巷道的掘进过程中，初期支护是确保围岩稳定的关键。为此，提出以下几种初期支护措施：①高强度锚网喷支护。采用直径≥22mm，长度≥3.0m的高强度锚杆，密集布置在巷道围岩中，在巷道围岩表面布设厚度≥6mm的焊接钢筋网片，与锚杆可靠连接，形成一个整体的支护体系，以有效控制围岩变形。并采用厚度≥100mm的混凝土喷锚，进一步增强支护效果。②注浆加固支护。在锚杆和网片支护完成后，立即采用水泥浆料对巷道围岩进行注浆加固，以提高围岩的整体性和抗变形能力。注浆压力不小于2.0MPa，注浆时间不少于24小时。③锚索支护。对于围岩条件极差的区域，可采用长度≥6m的高强度锚索进行支护，以提高支护效果。锚索与锚杆支护相结合，可有效控制巷道围岩的大范围位移。支护措施的相互配合，形成了一立体、协调的支护体系，有效地控制了巷道围岩的变形与破坏，大幅提高了巷道的稳定性。

4.2 二次支护技术。在初期支护的基础上，提出了以下二次支护技术，以进一步加强对大倾角半煤岩巷道的支护效果：①超前小导管注浆。在巷道开拓过程中，提前在围岩中布设直径≥42mm的小导管，采用水泥浆料对导管进行注浆加固。这不仅可提高围岩的整体性，还可对即将掘进的区域进行预加固，增强巷道的稳定性。②在一次支护后，及时采取锚杆（索）喷进行二次支护，二次支护的锚杆（索）长度要略大于一次支护使用的锚杆(索)，并在巷道变形前进行及时支护。③拱架支护。对于围岩条件极差的区域，可采用钢拱架支护。拱架采用优质钢材制造，跨度不小于5.5m，拱架间距不大于1.2m，并利用拉杆可靠连接，锚杆锁棚的方式形成一个整体的支护体系。上述二次支护措施，与初期支护技术相辅相成，共同构成了大倾角半煤岩巷道的整体支护方案，有效地提高了巷道的稳定性和安全性。

4.3 支护材料及其性能。大倾角半煤岩巷道掘进护帮技术的关键在于所采用支护材料的性能。本文选用了以下几种优质支护材料：①高强度锚杆。采用φ22～φ28mm，抗拉强度≥650MPa的钢质锚杆，具有优异的力学性能和耐腐蚀性。②高强钢筋网片。采用φ6～φ10mm，抗拉强度≥500MPa的焊接钢筋网片，网目尺寸不大于150mm×150mm。③高强混凝土。采用C30级以上的优质混凝土，抗压强度≥30MPa，抗拉强度≥2.5MPa，具有良好的力学性能和可塑性。④高性能水泥浆料。采用高标号水泥和各种增强添加剂配制，28d抗压强度≥40MPa，具有高强度、低收缩的特点，可有效提高注浆的加固效果。上述支护材料的优异性能，为大倾角半煤岩巷道的安全高效掘进提供了有力保障。

5.大倾角半煤岩巷道掘进护帮技术的应用及效果

为验证上述大倾角半煤岩巷道掘进护帮技术的有效性，选取了某矿开发的一条大倾角半煤岩巷道作案例分析。该巷道长度约1400m，倾角约30°，断面尺寸为5m×3.6m。根据地质勘察资料，巷道围岩以中-强风化煤岩夹层为主，断层发育，岩体破碎程度高，稳定性较差。针对该巷道的地质条件，采用了前述提出的初期支护和二次支护相结合的综合支护方案。具体包括：①巷道一次支护采用φ22mm，长3.0m的高强度锚杆，密集布置，布设厚6mm的焊接钢筋网片，与锚杆可靠连接，形成整体支护，并配合100mm厚的喷锚混凝土进行初期支护。②在初期支护完成后，立即采用水泥浆料对巷道围岩进行注浆加固，注浆压力不低于2.0MPa，注浆时间不少于24小时。 ③对于围岩条件极差的区域，采用长6m的高强度锚索进行支护，增强了巷道的稳定性。④在上述初期支护措施的基础上，采用锚杆（索）喷进行二次支护，并在局部破碎段采用钢拱架支护。经过近2年的施工实践，该大倾角半煤岩巷道的掘进取得了良好的效果：①巷道围岩变形得到有效控制，最大位移不超过35mm，远低于规定的允许值。②未发生任何严重的安全事故，施工过程安全可靠。③巷道开拓进度基本按计划进行，平均日进尺达到3.2m，满足了生产需求。④维护成本和维修工作量明显降低，运行管理更加高效。验证了该护帮技术的有效性和可行性。

6.结语

提出的初期和二次支护的综合护帮技术方案，选取了实际工程案例进行验证。结果表明，该护帮技术方案充分考虑了岩巷道的特殊地质条件，采用高强度锚杆、钢筋网片、混凝土衬砌等多种支护措施相结合，有效地控制了巷道围岩的变形与破坏，大幅提高了掘进施工的安全性和效率。同时，支护材料性能优异，为护帮技术的可靠性提供了有力保障。

参考文献：

[1]郑传宝.大倾角半煤岩巷道掘进护帮技术[J].煤，2011，20(01).