煤礦井巷工程支護技術的發展歷程與實踐應用

王鑫 李卓

【摘 要】縱觀煤礦井巷工程支護技術的發展歷程，大致可以將其分為傳統支護、金屬支架支護、錨桿系列支護及復合支護技術，分析各項支護技術的特點和適用情況。在此基礎上，進一步總結我國煤礦支護技術的經驗和問題，并且闡明其發展方向，為未來的井巷工程的支護技術的研究提供 理論參考。

【關鍵詞】支護技術 發展歷程 實踐應用

【中圖分類號】 TD163【文獻標識碼】B【文章編號】1672-5158（2013）07-0318-01

一、引言

經濟在發展，能源需求量大已經是我國社會一個不容置疑的共識，煤礦的開采工作也已經進一步向地下更深的地層延伸，在這個逐步采深的過程中，支護作為一種非常重要的技術得到不斷的發展，大致經歷了從單一型支護技術到聯合多強化型技術的發展歷程。在煤炭早起的開采過程中，井巷的支護主要是木制材料，隨著鋼筋砼的出現，支護形式主要是鋼筋和混凝土襯砌。在礦床采深加大和地質結構越來越復雜的情況下，原有的支護結構材料已經不能滿足現有的需要，進而隨即發展了金屬支架支護和錨桿系列支護技術，這為相當長一段時間的礦床開采帶來了巨大的便利。20世紀30年代，聯邦德國首先開發了U型鋼金屬支架支護技術，并且投入到生產之中，這種技術也是當時國內外普遍采用的一種技術。1912年，艾爾雷德·布希發明和應用了錨桿，到20世紀50年代，此項技術在各個國家得到廣泛的發展和應用。我國是在1956年引進的錨桿技術，并且在淮南等礦區先后嘗試了木錨桿、金屬錨桿以及砂漿錨桿技術，都得到了很好的發展，并且隨即將其廣泛應用于國內的各大煤礦。隨著采深進一步加大、地質環境也越來越復雜，一些煤礦開始采用了復合支護技術并且取得了良好的效果，同時也開發了強力支護體系，這為未來的煤礦井巷工程工作進一步的開展做出了巨大的貢獻。

二、支護技術發展的主要階段

1、傳統支護技術。傳統支護技術是以木材料或者鋼筋混凝土作為支護材料，主要分為支撐和襯砌兩種。其中，支撐是以臨時性保護圍巖的結構，襯砌是永久性加固圍巖的結構。傳統支護技術認為，圍巖和支護是分開的，圍巖是煤礦開采的重荷負載，而支護是承擔重荷負載的載體。這種技術有明顯的缺點，主要表現在，他需要耗費大量的木材，同時它還深受采深和巖體的性能的影響。

2、金屬支架支護技術。金屬支架支護技術主要可以分為剛性支護技術和可縮性支架支護技術，其中剛性支架允許支架變形量小，隨著變形量變大其阻力變小，直至這種阻力消失；可縮性支架允許支架變形量較大，隨著變形量增大阻力也變大，甚至有可能達到恒阻。這種技術較傳統的支護技術有很大的不同，金屬支架支護技術認為，圍巖是重荷負載，而支架作為一種支護體，但是此種技術也有一定的缺陷，由于支架支護所承受的側壓力和荷載的不均勻常使支架穩定性不足、可縮性減弱以及豎向承載能力下降。由此，U型鋼金屬支架支護技術的支護由多段弧形構件相互疊置搭接組裝而成，主要呈拱形或環形，大大提高了支架支護的抗壓能力、安全系數、抗災能力以及減小它的變形量。

3、錨桿系列支護技術。錨桿技術的發展是以之前傳統支護技術和金屬支架支護技術在實際應用中出現的弊端為基礎，在日常的礦業發展中，逐漸的取代了前兩種支護技術成為當前國內外一種普遍使用的技術。在我國的應用中，主要可以分為單體錨桿群支護階段、組合錨桿支護階段、預應力錨桿支護階段以及強力錨桿支護階段。這也體現出錨桿支護是一種十分有效的支護手段，降低了支護成本，并且在很大程度上減輕了工人的工作量以及工作強度，比傳統的支護技術更加安全、高效。

4、復合支護技術。隨著采深程度加大以及地質結構越來越復雜，很多工程已嘗試使用復合支護技術并取得了較大的成功。復合支護技術是指使用兩種或兩種以上支護方式聯合支護巷道。

三、支護技術的實踐應用

在目前的煤礦開采中，傳統的支護技術已經不能夠滿足工作中的各項要求，它主要是作業于煤礦表面以及深度較小的工程，所以已被現在向更加復雜的工程所淘汰。在金屬支架支護技術發展的過程中，剛性支架支護所用的高強度混凝土施工技術，這種技術一方面可以在地面進行生產預制，另一方面可以在井下進行機械化裝配，從而組成全斷面封閉的和密集連續式的高強鋼筋混凝土結構，這種支護主要應用于高地應力以及破碎圍巖的巷道支護。雖然它在預制可以保證支架質量方面與之前的傳統支護技術有了明顯的優勢，但是它在面對覆巖層整體移動時，卻顯得底層抗壓能力不足，從而缺陷也是十分的明顯。金屬支架支護的另一種類型為可縮性支架支護，特別是U型鋼支架支護結構在我國應用十分廣泛，它主要應用于松軟圍巖、壓力大、底臌嚴重以及兩幫移近量大的開采區和采取巷道，相比剛性支架它具有抗壓能力強、一次成巷好、抗災能力強、安全系數好以及質量得到保證等優點，但是它的成本較高、搭接處接頭易松動。隨著采深加大，地質環境復雜等情況出現，錨桿支架在我國開始得到發展，同時錨桿支架支護技術也是國內支護研究最多的一項技術，可以體現它的應用之廣泛。其中一般的錨桿支架支護可應用于常規的支護工程，但是一些特殊地質條件下，就要應用更為專業、技術高的支護技術，如錨噴支護、錨噴網支護結構、錨噴網鋼拱架結構或配以壁后充填以及不同錨桿技術的研究等都在我國有了較好的發展。

雖然支護技術無論是在理論研究方面還是在現實應用中都取得了巨大的進步，但我們還應該看到一些方面存在的問題和不足，只有正確認識這些問題和不足，我們才能更好的研發支護技術，從而在理論上實現突破創新，同時也為煤礦巷道工程在開展過程中尋求更加安全、高效、成本低、效益好的支護技術。首先，理論與實際問題脫節。就我國當前的形式來開，好的巷道支護技術主要集中于一些規模較大、經濟效益較好的大礦區，而大多數的煤礦依舊采用普通的巷道支護技術，遇到一些諸如軟巖石之類的問題，都是采用一般的支護手段進行作業，然后再進行多次修補，這不僅工程較大，而且成本高昂。我們必須將一些好的理論成果充分實現它的現實應用的可能性，實現理論指導實踐的價值。其次，缺乏實際資料，工程規范能力較差。在我國地勢復雜多變的實際情況下，雖然有很多的地質及工程勘察資料，但都無法準確解決現實中煤礦開采遇到的問題，并且新的工程規范一直沒有出臺，原有的規范已無法適應較快發展的現實。第三，相關法律制度不夠完善。在工程支護方面，由于技術一直都不夠完善，雖然有很多的理論的研究，但是對比國外先進的技術還存在很多的不足，而我國相關的法律制度一直處于相對滯后的狀態，就無法更好的保障我們先進技術的成果以及工程的順利實施。第四，支護形式單一，創新度不夠。技術創新是工程能夠快速發展的關鍵，形式單一只能讓我們缺乏選擇的空間，所以形式多樣化，增強理論與實踐的創新能力已經是煤礦井巷工程支護技術開展的更緊迫而又現實的要求。

四、總結和建議

支護技術對于地下工程的開展意義十分重大，仔細了解其發展歷程及其特點和應用范圍，對接下來技術創新打下基礎。在理論發展的同時，我們應該注意實際中的應用，找準問題方能找準創新的突破口，實現支護技術在煤礦井巷工程中的長足發展。

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