1. 煤矿开采掘进中顶板支护的原理

在煤矿开采过程中，顶板支护技术是确保矿井安全、高效开采的关键因素之一。顶板支护的原理主要基于以下几个方面：

1.1控制围岩变形

通过支护结构，限制围岩的变形，防止顶板垮塌和巷道变形，确保矿井的稳定性和作业人员的安全。

1.2分散应力

支护结构能够将作用在围岩上的应力分散到更广泛的区域，降低应力集中，从而避免局部破坏。

1.3提高围岩自承能力

通过支护结构，激发围岩的自承能力，使其在一定程度上能够自行维持稳定，减少对支护结构的依赖。

1.4适应围岩变形

支护结构应具备一定的可变形性，以适应围岩在开采过程中的变形，避免因支护结构与围岩变形不协调而产生破坏。

在横河煤矿的开采掘进过程中，顶板支护技术的应用需要综合考虑地质条件、开采深度、开采方法等因素。比如，根据顶板岩层的力学特性，合理确定支护结构的强度，确保其能够承受顶板岩层的荷载；根据具体的地质条件和开采方法，选择合适的支护形式，如锚杆支护、锚索支护、金属支架支护等；通过现场试验和理论计算，优化支护参数，如锚杆长度、直径、间距等，以达到最佳的支护效果。

2. 横河煤矿开采掘进支护技术的应用

2.1工程概况

横河煤矿位于山东省济宁市境内，地跨邹城和兖州两个县级市，东距邹城市约17km、北据兖州区16km，行政区划隶属邹城市太平镇和兖州区王因镇。主要开采3、16_上和17煤层。本文以16_上煤三采区区段回采巷道支护施工为例，探讨横河煤矿开采掘进支护技术的应用。16_上煤层位于太原组下部，下距17层煤一般为5.31～10.88m，平均8.05m。煤层厚度平均1.3m。该层煤结构较简单，含夹矸0～3层，但夹矸分布不稳定。夹矸岩性为炭质粉砂岩，炭质砂岩、黄铁矿或石灰岩，厚度为0.02～0.80m。本次围岩地质力学评估及锚杆支护设计的巷道为16_上煤三采区3608工作面的回采巷道，分别服务于3608工作面运料和运煤、进回风；巷道服务年限与工作面推进速度有关，考虑到从掘进到工作面回采完毕，巷道服务年限小于4年。

2.2 巷道断面形状及尺寸、掘进方式

2.2.1  3608综采工作面运输巷

3608综采工作面西面为运输巷，沿顶板布置。

巷道净断面为矩形断面，净宽3.6m，净高2m，净断面积7.2。

管线敷设：巷道内布置Φ50mm防尘管路1路、Φ89mm压风管路1路、Φ89mm排水管路1路、束管监测回路管线、动力及信号电缆、监控光缆。

设备设施布置：巷道布置压风自救、供水施救装置各2套，水幕2道、隔爆水槽3处、刮板运输机1部、皮带输送机1部、JD-1.6调度绞车2部、37KW排水泵1台及各设备控制开关。

巷道用途：主要用于该工作面的回风和运煤，辅助运输物料。

2.2.2  3608综采工作面轨道巷

3608综采工作面东面为轨道巷，沿顶板布置。

巷道净断面：矩形断面，净宽4m，净高2.2m，净断面积8.8。

管线敷设：巷道内布置Φ50mm防尘管路1路、Φ89mm压风管路1路、Φ89mm排水管路1路、工作面液压管路2路、动力及信号电缆、监控光缆。

设备设施布置：巷道布置压风自救、供水施救装置各2套，水幕2道、隔爆水槽3处、泵站、移动变电站各2台、JD-1.6调度绞车3部、45KW排水泵1台、阻化泵1台及各控制开关。

巷道用途：主要用于该工作面的进风、行人和物料运输。

掘进方式为炮掘，工艺流程为：安全检查→打眼、放炮→敲帮问顶→铺设金属网→临时支护→出煤（矸）→进料→标中、腰线→永久支护→清理。

2.3  16_上煤三采区区段回采巷道支护参数设计

2.3.1 围岩分类与锚杆支护原则

（1）围岩分类

煤炭系统颁布使用《我国缓倾斜、倾斜煤层回采巷道围岩稳定性分类方案》后，经过多年的应用和不断完善，发展成为包括缓倾斜、倾斜、急倾斜煤层及不同煤层厚度的回采巷道，煤层上、下山及其他煤巷，岩石巷道在内的全部采准巷道围岩稳定性分类。煤巷围岩的稳定性分为5个类别：Ⅰ类非常稳定、Ⅱ类稳定、Ⅲ类中等稳定，Ⅳ类不稳定、Ⅴ类极不稳定。在围岩稳定性分类的基础上，结合已有的支护设计与实践经验，提出了巷道锚杆支护基本形式与主要参数选择的建议，见表1。

表1 巷道顶板锚杆基本支护形式与主要支护参数

（2）支护原则

一次支护原则：锚杆支护应尽量一次支护就能有效控制围岩变形，避免二次或多次支护。

高预应力支护原则：预应力是锚杆支护中的关键因素，是区别锚杆支护是被动支护还是主动支护的参数，只有高预应力的锚杆支护才是真正的主动支护，才能充分发挥锚杆支护的作用。

预应力扩散原则：给锚杆提供了高的预应力，同时还要实现预应力的有效扩散，才能发挥整个锚杆群的支护功能。

相互匹配原则：锚杆各构件，包括托板、螺母等的参数与力学性能应相互匹配，锚杆与锚索的参数与力学性能应相互匹配，以最大限度地发挥锚杆支护的整体支护作用。

三高一低原则：“三高”指的就是高强度、高刚度、高可靠性；“一低”指的就是低支护密度。在提高锚杆强度（如加大锚杆直径或提高杆体材料的强度）、刚度（提高锚杆预应力、加长或全长锚固），保证支护系统可靠性的条件下，降低支护密度，减少单位面积上锚杆数量，提高掘进速度。

经济便捷原则：提供的锚杆支护设计应具有可操作性，有利于井下施工管理和掘进速度的提高。在保证巷道支护效果和安全程度，技术上可行、施工上可操作的条件下，做到经济合理，有利于降低巷道支护综合成本。

2.3.2 支护参数设计

以4000mm×2200mm（净宽×净高）矩形断面回采巷道支护参数为切入点，4000mm×2200mm（净宽×净高）矩形断面回采巷道正常段采用锚杆支护；在顶板岩性变化区域、淋水区域、构造应力增高区域等加强支护段，采用“锚杆+钢筋梯+金属网+锚索”支护。

（1）顶板支护

①正常段顶板支护

每排布置2根锚杆，锚杆垂直于顶板表面。锚杆规格为φ18mm×1800mm（长度）MG335螺纹钢树脂锚杆，正常情况下锚杆间排距2000mm×2000mm，两端锚杆距帮为1000mm；巷道开口、交岔点点、断层及顶板破碎时，缩小锚杆间排距为1500mm×1500mm，锚杆设计锚固力为80kN，预紧力矩不低于150N·m，顶板锚杆钻孔直径为28mm，树脂药卷型号为MSCKb2420型树脂锚固剂，2支/孔。

②顶板岩性变化区域、淋水区域、构造应力增高区域等加强支护段顶板支护

每排布置2根锚杆，锚杆垂直于顶板表面。锚杆规格为φ18mm×1800mm（长度）MG335螺纹钢树脂锚杆，正常情况下锚杆间排距2000mm×2000mm，两端锚杆距帮为1000mm；巷道开口、交岔点点、断层及顶板破碎时，缩小锚杆间排距为1500mm×1500mm，锚杆设计锚固力为80kN，预紧力矩不低于150N·m，顶板锚杆钻孔直径为28mm，树脂药卷型号为MSCKb2420型树脂锚固剂，2支/孔。

锚索选用破断力260.7KN的φ15.24mm×5000mm的高强度、低松弛度（Ⅱ）粘结式1×7钢绞线，预紧力不低于120kN；锚索布置在两排锚梯中间，严禁代替锚杆打在金属梯上。锚索布置在巷道中部相邻锚杆之间，每排1根，排距取4000mm，为2倍顶板锚杆排距。树脂药卷型号为MSCKb2420型树脂锚固剂，5支/孔。各类硐室门口均要补打锚索加强支护，锚索间距不大于1800mm。

（2）帮部支护

每帮的每排布置2根锚杆，锚杆垂直于帮部表面。锚杆规格为φ18mm×1600mm（长度）MG335螺纹钢树脂锚杆，正常情况下锚杆间排距锚杆间排距为900×1000mm，上部锚杆距顶为650mm；帮部破碎时，缩小排距为600mm；锚杆设计锚固力为80kN；预紧力矩不低于110N·m。帮部锚杆钻孔直径均为28mm，树脂药卷型号为MSCKb2420型树脂锚固剂，2支/孔。

采用φ6mm钢筋焊制成经纬网，规格：长×宽=2000×1000mm，网格尺寸100×100mm，网要压茬使用，搭接长度不小于100mm，用10#铁丝双股连接，间距200mm，使用时要用锚杆托盘压紧。

在正常施工过程中切实加强顶板管理，如顶、帮破碎等应视现场情况适当并及时缩小循环进尺，缩小最大空顶距，缩小顶板钢筋梯和顶板锚杆间排距为1500mm，进行锚索补强支护，并确保锚杆、锚索预紧力达到设计要求；为提高巷道成型防止碎煤矸掉落需要喷浆时要及时进行喷浆。施工中严格执行敲帮问顶制度，及时找净悬煤危岩，使用好临时支护，严禁空顶作业。

4000mm×2200mm（净宽×净高）矩形断面回采巷道支护参数设计如图1所示。

图1 4000mm×2200mm（净宽×净高）矩形断面正常支护段锚杆支护示意图

在4000mm×2200mm（净宽×净高）矩形断面回采巷道的掘进支护施工中，有几点关键问题需要特别关注：

（1）钻孔精度控制：锚杆和锚索的预应力主要通过钻孔精度来保证。钻孔位置、方向和直径的精确度直接影响锚固效果，因此必须使用精确的钻孔设备，并严格控制钻孔质量。

（2）锚固剂的选择与使用：树脂药卷作为锚固剂，其性能直接影响锚杆的锚固力。应根据巷道环境（如湿度、温度、岩石性质等）选择合适的树脂药卷，并确保其在钻孔内的均匀分布。

（3）锚杆预紧力的检查：预紧力是锚杆支护的关键参数，必须通过专用工具进行检查，确保每根锚杆的预紧力达到设计要求。

（4）及时调整支护参数：巷道地质条件可能随掘进而变化，如遇到断层、淋水区或应力增高区，应及时调整支护参数，如增加锚索、加密锚杆布置等。

（5）锚杆与锚索的连接：锚索与锚杆的连接处是预应力扩散的关键点，必须确保连接牢固，无松动或断裂现象。

（6）施工过程中的安全措施：严格执行安全操作规程，确保临时支护的及时跟进，防止顶板岩石掉落造成事故。同时，施工人员应随时检查锚杆、锚索的稳定状态，发现异常及时处理。

（7）喷浆质量控制：喷浆是防止岩石风化和提高支护整体性的有效手段，应确保喷浆厚度均匀，无漏喷、脱皮现象，同时喷浆层应与锚杆、锚索紧密结合。

结 语：

本文结合工程实例，探讨了回采巷道的掘进支护设计与施工中的关键环节，这些因素共同决定了支护系统的稳定性和安全性，对于保障巷道掘进作业的顺利进行和矿工的生命安全具有重要意义。因此，施工队伍必须具备专业的技术知识和严谨的工作态度，以确保每一步操作都符合设计要求和安全标准。只有这样，才能有效应对各种复杂地质条件，实现高效、安全的巷道掘进与支护。