煤炭采矿工程巷道掘进和支护技术的应用

引言：

我国煤炭资源开采逐步向深部延伸，高地应力、软岩破碎、瓦斯突出等复杂地质条件对巷道掘进与支护提出了更高要求，传统钻爆法掘进效率低、安全性差，而综掘机等机械化设备的普及应用显著提升了巷道成型质量，在支护技术方面，从木支护、钢架支护发展到现在的锚网索联合支护，支护理念由被动承载转向主动加固，随着数字化、智能化技术的引入，实时监测、动态调整的智能支护系统正在逐步推广应用。

1. 应用锚杆支护技术，增强巷道围岩稳定性

锚杆支护系统采用高强度螺纹钢锚杆配合树脂锚固剂，预紧力控制在50 千牛至 80 千牛范围内，锚固长度不低于 1.2 米，确保形成有效的承压拱结构，施工过程中严格遵循 " 钻孔- 清孔 - 注锚 - 张拉 " 的标准化工艺流程，钻孔直径误差控制在正负 2 毫米以内，锚固剂搅拌时间严格控制在20 秒至 30 秒区间。针对不同围岩条件实施差异化支护设计，稳定岩层采用端锚式支护，破碎带实施全长粘结锚固，软弱夹层则配合金属网和钢带形成联合支护体系，支护质量检测采用拉拔试验和超声波无损检测相结合的方法，锚杆抗拔力需达到 150 千牛的设计标准，超声波波速差异率不超过 5 个基准点，巷道表面位移监测布置十字测站和收敛计，顶底板移近量控制在每日0.5 毫米的允许范围内[1]。

2. 采用U 型钢支架支护，控制深部巷道变形

支护系统选用 29U 型钢作为主要承载构件，钢材屈服强度不低于 345兆帕，支架间距根据围岩条件控制在 0.6 米至 1.0 米合理区间，支架安装严格执行 " 测量定位- 基础处理- 架体组装- 背板铺设- 壁后充填 " 的标准工艺流程，确保支架垂直度偏差小于1 度，接榫部位错位不超过5 毫米，针对深部高地应力环境，采用封闭式支架结构配合混凝土反拱底梁，形成完整的环形支护体系，支架截面惯性矩达到 4000 厘米四次方的抗弯要求。施工过程中使用液压支架安装机进行机械化作业，单架安装时间控制在30 分钟以内，预紧力施加至 50 千牛的设计标准，支架与围岩间填充 C20混凝土，充填密实度要求达到 90 个标准点以上，确保载荷均匀传递，支护效果监测采用多点位移计和应力传感器，顶板下沉量控制在每日 1.0 毫米的安全阈值内，支架工作阻力维持在 300 千牛至 500 千牛的合理工作区间。

3. 实施喷射混凝土支护，封闭破碎围岩裂隙

喷射作业采用湿式喷射工艺，混凝土配合比严格控制在水泥：砂：石子为 1 ：2 ：2 的最佳配比范围，速凝剂掺量调整至胶凝材料用量的 3 个标准单位，确保初凝时间不超过 5 分钟，施工过程中使用转子式喷射机，工作风压维持在0.4 兆帕至0.6 兆帕的合理区间，喷射距离控制在1.0 米至1.5米的最佳范围，分层喷射厚度不超过 50 毫米。不同破碎程度的围岩实施差异化喷射方案，轻微破碎区采用单层素喷混凝土，中等破碎区加设钢筋网联合支护，严重破碎带则配合锚杆形成复合支护体系，喷射质量控制采用回弹检测和取芯强度测试相结合的方法，回弹率要求低于 15 个基准点，28 天抗压强度达到 25 兆帕的设计标准，表面平整度使用 2 米靠尺检测，空隙深度不超过 10 毫米的允许值，厚度偏差控制在正负 20 毫米的误差范围内。

4. 运用超前管棚支护技术，保障软弱地层掘进安全

采用直径 108 毫米的热轧无缝钢管作为主要支护构件，管壁厚度不小于 6 毫米，环向间距控制在 300 毫米至 500 毫米的合理范围，施工过程严格遵循 " 钻孔定位 - 钢管顶进 - 注浆加固 - 连接锁定 " 的标准工艺流程，钻孔偏斜度要求小于1 度，单根钢管顶进长度达到6 米以上的设计标准[2]。不同地质条件实施差异化支护设计，砂质软弱层采用大直径管棚配合双液注浆，泥质破碎带实施小导管密排支护，富水地层则选用带阀门的钢管进行可控注浆，管棚系统安装精度要求极高，相邻钢管搭接长度不少于1.5 米，外插角控制在 5 度至 7 度的最佳工作区间，注浆材料选用超细水泥基复合浆液，浆液流动度保持在 180 毫米至 220 毫米的适宜范围，初凝时间调整至45 分钟的技术要求。

5. 结合注浆加固技术，提升断层带巷道承载力

注浆施工采用水泥 - 水玻璃双液浆系统，浆液水灰比严格控制在 0.8至 1.0 的合理区间，凝胶时间调节至 30 秒至 90 秒的可控范围，确保浆液充分渗透后及时凝固，注浆孔布置采用梅花形阵列，孔间距根据岩体破碎程度调整至 1.0 米至 1.5 米的最佳距离，钻孔深度穿透断层影响带并进入稳定岩层不少于 2.0 米，针对不同性质的断层带实施差异化注浆方案，张性断层采用低压慢注工艺，压性断层实施分段注浆技术，富水断层带则先进行帷幕注浆止水。注浆压力分级施加，初始压力保持在 1.0 兆帕以下，最大终压不超过 2.5 兆帕的安全阈值，注浆量根据吸浆量动态调整，质量控制采用取芯检查和声波测试相结合的方法，岩体完整性系数提高到 0.6个标准单位以上，浆脉充填率要求达到 80 个基准点，加固效果评估通过钻孔电视和弹性波测试，岩体波速提升至 3500 米每秒的设计标准，单轴抗压强度增加 2 个数量级，注浆后巷道表面收敛量控制在每日 0.3 毫米的允许范围内，支护结构受力均匀性显著改善。

结语：

煤炭采矿工程巷道掘进与支护技术的创新发展是保障煤矿安全高效开采的重要基础，随着开采深度增加和地质条件复杂化，必须持续推进掘进机械化、支护智能化的技术升级，未来应加强新技术、新工艺的研发应用，建立更加科学合理的巷道支护设计体系，实现掘进与支护技术的协同优化，技术创新和装备升级，不断提升巷道工程的施工质量和安全水平，为我国煤炭工业的可持续发展提供坚实的技术支撑。

参考文献：

[1] 王金涛 . 采矿工程巷道掘进和支护技术的应用分析 [J]. 内蒙古煤炭经济 ,2025,(06):118-120.

[2] 岑帅 , 盛鹏 . 煤矿采矿工程中巷道掘进支护技术的应用分析 [J]. 内蒙古煤炭经济 ,2024,(24):175-177.