煤矿开采不断向复杂地质条件拓展已成为不可逆转的发展趋势，面对愈发复杂多变的工程地质环境，如何确保掘进支护的安全性、可靠性，成为制约煤炭产业可持续发展的关键瓶颈之一。当前，锚网索联合支护、喷射混凝土支护等新型支护技术的发展日新月异，为破解复杂条件下煤矿掘进支护难题带来了新的机遇。

一、复杂地质条件对煤矿掘进支护的影响

（一）复杂地质条件的主要类型及特点

煤矿开采过程中经常遇到的复杂地质条件主要包括软弱夹层、破碎带、断层、褶曲构造、岩溶洞室和含水层等，这些复杂地质条件形成的原因各不相同，但通常都具有一些共同的特点，如岩层强度低、结构破碎松散、地下水丰富等，从而导致煤矿掘进支护工作面临诸多困难和安全隐患。

软弱夹层其成因通常与沉积环境密切相关，在煤系地层中，常常夹有一些泥质或炭质的软弱薄层，这些软弱夹层的抗压强度很低，遇水后极易软化膨胀，当上下硬岩层在构造应力作用下发生相对位移时，软弱夹层就会产生挤出变形，破坏巷道的稳定性，引发冒顶、片帮等问题^[1]。破碎带则主要是由于构造运动引起的，特别是在断层、褶曲等构造发育的区域，受到强烈的构造应力作用，岩层产生大量的节理和裂隙，岩体完整性遭到严重破坏，这种破碎岩体的自稳能力很差，在掘进扰动下极易发生坍塌和大变形，支护结构很难在破碎岩体中找到可靠的受力点，支护效果往往不理想。岩溶发育区的特点是溶洞广布，溶洞顶板岩层通常较薄，且节理发育，稳定性很差，在煤矿掘进过程中，溶洞顶板极易发生垮塌，造成安全事故，如果溶洞与含水层连通，还可能导致突水、突泥等灾害。含水层的存在也给煤矿掘进支护带来诸多困难，含水层岩体在地下水的浸泡作用下，强度进一步降低，遇水极易软化，施工难度大。同时，含水层的静水压力大，给支护结构带来额外的荷载，增加了支护难度，含水层还为突水灾害提供了水源补给，一旦顶板失稳，极易引发突水事故。

（二）复杂地质条件导致的煤矿掘进支护问题

煤矿掘进过程中遇到的复杂地质条件，常常会引发一系列支护问题，给掘进工程的顺利实施带来诸多困难。

首先，在软弱围岩条件下，由于围岩变形速度快、变形量大，传统的钢棚支护结构往往难以适应，极易发生变形破坏，支护强度和效果难以满足要求。软弱围岩还容易发生片帮、冒顶、底鼓等现象，严重威胁掘进工作面的安全，这就要求在软弱围岩条件下，必须采用高强度、高刚度的主动支护结构，如高强锚杆、锚索、喷射混凝土支护等，控制围岩变形，确保支护效果。其次，在破碎围岩条件下，围岩松动圈的发育范围大，采用常规的锚杆支护时，锚固段难以形成有效的受力，支护效果差，经常出现锚杆托盘脱落、锚索预应力损失等问题，这就要求在破碎围岩条件下，必须增大支护体的护表能力，采用高强、中空注浆锚杆，通过注浆加固破碎围岩，提高锚固质量，同时还需要辅以超前支护措施，如超前小导管注浆加固、超前锚杆支护等，控制围岩前方的松动变形^[2]。

再者，在掘进工作面迎头附近，受开挖卸荷扰动影响，围岩应力集中，极易发生变形、掉块、垮塌等问题，给超前支护和掘进工作面安全带来极大威胁，这就要求在掘进迎头处，采用合理的掘进方法，如光面爆破、预裂爆破等，减少对围岩的扰动损伤，同时加强超前地质探测，及时发现不良地质体，并采取超前注浆、超前锚杆等加固措施，控制围岩变形，确保掘进工作面安全。最后，在复杂地质条件下，由于围岩破碎、变形等问题严重，巷道轮廓往往难以精确控制，成型质量较差，施工工序繁琐，工作效率低下。同时，由于围岩变形剧烈、破坏快速，支护结构的实际服役周期大幅缩短，后期需要进行大量的修复和二次支护工作，维护工作量大，成本高。这就要求在复杂地质条件下，必须优化掘进工艺和支护方案，加强施工管理，提高掘进和支护质量，延长支护结构使用寿命，最大限度地减少后期维修工作量。

 (三)复杂地质条件下煤矿掘进支护的安全风险

在复杂地质条件下进行煤矿掘进支护，面临的安全风险因素多、危害严重，极易引发安全事故，给煤矿安全生产带来严峻挑战。

首先，顶板垮塌和片帮冒落是复杂地质条件下最常见、危害最大的安全隐患之一。由于围岩稳定性差，在受到掘进扰动后，顶板岩层极易发生垮落，给工作面人员和设备带来极大安全威胁，一旦发生大面积顶板垮塌事故，后果将不堪设想，极易造成重大人员伤亡和设备损失^[3]。同时，由于顶底板不稳定，在非对称应力作用下，各种支护构件也承受着非常不利的受力状态，经常出现锚杆截断、锚索拉断等破坏现象，使得支护结构的整体性能大幅下降，进一步加剧围岩失稳的恶性循环，最终导致更大规模的垮塌事故发生。因此，在复杂地质条件下，必须高度重视顶板垮塌和片帮冒落的安全风险，采取有效措施加强支护，控制围岩变形，消除安全隐患。

其次，在含水层、岩溶发育区等特殊地质条件下作业，突水、突泥等灾害的风险大大增加，这些地质条件不仅为灾害提供了充足的水源补给，而且使得岩体的渗透性增强，一旦在掘进扰动下诱发了水压突变或岩溶塌陷，极易引起突水、突泥灾害，危及工作面安全。因此，在含水层、岩溶发育区作业，必须做好超前地质预报和探测工作，及时发现含水构造和岩溶发育情况，提前采取注浆堵水、疏干排水等综合治理措施，有效防范突水、突泥等灾害。

最后，在煤层气瓦斯赋存条件复杂的矿井，瓦斯突出的风险也不容忽视。软弱夹层、破碎带等地质构造，往往是瓦斯富集的场所，一旦在掘进施工中对这些含气构造产生强烈扰动，极易引起瓦斯突然释放，形成瓦斯突出灾害。因此，在瓦斯突出矿井，必须加强掘进工作面瓦斯监测监控，做好瓦斯抽采和安全防突措施，并优化掘进工艺，采用无煤柱掘进、前探后掘等方式，最大限度地规避和减轻瓦斯突出风险。

二、复杂地质条件下煤矿安全掘进支护技术

（一）常规支护技术的适用性分析

在煤矿掘进工程中，常规支护技术主要包括钢棚支护、锚杆支护等，这些支护技术在一般地质条件下得到了广泛应用，并发挥着重要作用，然而，在复杂地质条件下，常规支护技术的适用性受到了较大挑战，需要进行适应性分析和评估。

钢棚支护具有施工方便、工效高、成本低等优势，在煤矿巷道支护中得到了广泛使用，钢棚支护可以通过增大棚距、调整棚型等方式，在一定程度上适应围岩变形。然而，在围岩变形速度快、变形量大的复杂地质条件下，钢棚支护仍然难以完全适应，容易发生棚脚下沉、棚冠弯曲变形等问题，支护效果大打折扣，因此，钢棚支护在复杂地质条件下的适用性也受到了一定限制。

锚杆支护技术凭借其二次支护少、施工灵活方便等特点，在煤矿掘进支护中得到了越来越多的应用，锚杆支护可以通过锚固力，将围岩“钉”在一起，提高围岩的整体性和自承能力，在软弱围岩中取得了良好的支护效果^[4]。然而，在围岩破碎程度高、完整性差的条件下，普通锚杆支护难以形成可靠锚固，支护效果有限，在深部高地应力、大变形环境下，锚杆杆体强度不足，容易发生锚杆截断、锚头脱落等问题，支护效果大打折扣。因此，在复杂地质条件下，单一的锚杆支护技术也难以完全满足要求。

因此，常规支护技术在一般地质条件下能够发挥良好作用，但在复杂地质条件下，其适用性受到了不同程度的限制和挑战，钢棚支护难以适应大变形环境，而普通锚杆支护在破碎围岩、高地应力条件下也难以形成可靠锚固。那么在复杂地质条件下，必须创新支护理念，优化组合不同支护技术的优势，形成更加高效、可靠的复合式支护方案，满足复杂条件下煤矿掘进支护的实际需要。

图1：从左到右依次为：型钢支护、锚杆支护、锚喷支护

（二）锚网索联合支护技术的设计与应用

针对复杂地质条件下常规支护技术适用性不足的问题，锚网索联合支护技术成为了一种行之有效的支护方案，锚网索联合支护充分发挥了锚杆支护、金属网喷射混凝土支护以及锚索支护的各自优势，通过三者的紧密结合，形成了一个互补协同、高效可靠的支护体系，能够更好地适应复杂地质条件，控制围岩变形，保证掘进工作面安全。

在锚网索联合支护设计中，首先需要根据围岩特征，合理选择高强度、中空注浆锚杆作为基础支护元素，与普通锚杆相比，中空注浆锚杆具有锚固力大、变形适应能力强等优势，能够更好地适应复杂条件下的围岩特征，通过注浆加固，可以实现锚杆与围岩的紧密连接，提高锚杆的锚固效果，并改善锚固区围岩的力学性能。

在锚杆支护的基础上，锚网索联合支护还引入了金属网喷射混凝土支护，金属网作为柔性支护材料，能够产生一定的变形协调作用，重新分配围岩应力，控制围岩片帮的掉落，喷射混凝土能够紧密粘结金属网与围岩，提高围岩整体性，达到相对封闭围岩、阻止风化的作用。金属网与喷射混凝土的有机结合，能够有效改善围岩表层结构，提升围岩抗剪切、抗拉伸能力，在支护设计中，需要根据围岩条件，优化金属网型号、网孔大小，以及喷射混凝土厚度、配比等参数，以达到理想的支护效果。

对于顶板稳定性差、围岩变形大的复杂条件，锚网索联合支护还引入了锚索支护，锚索支护具有锚固长度大、预应力大、主动性强等特点，能够有效约束深部围岩变形，控制基本顶的下沉，通过对锚索倾角、长度、间排距等参数的优化设计，可以实现锚索、锚杆与围岩间的合理应力分布，充分发挥二者的各自优势^[5]。

因此，面对复杂多变的地质条件，锚网索联合支护能够很好地发挥"以点带面、以面带体、表里兼顾"的系统支护作用，在实践中展现出了强大的围岩控制能力。但是，如何根据具体条件，量身定制系统的设计方案，涉及到支护理念、材料选型、参数优化、施工工艺等诸多方面，这就需要工程技术人员不断总结实践经验，深化支护设计理论，并与先进的数值模拟、智能化监测等技术手段相结合，形成规范、高效的支护设计流程，以不断推动锚网索联合支护技术的工程应用，更好地满足复杂条件下煤矿掘进的安全支护需求。

（三）新型支护材料与工艺的应用

在煤矿开采实践中，随着开采深度和范围的不断扩大，矿井地质条件日趋复杂，给掘进支护技术提出了更高的要求，首先，在新型支护材料方面，超高强度锚杆锚索材料制作的高强螺纹钢锚杆与传统左旋无纵肋普通钢级锚杆相比，屈服强度可达600MPa以上，截面抗拉承载性能大幅提升，大幅提高锚固力。其次，在喷射混凝土材料方面，高强度、早强、高粘结性能的喷射混凝土，提高了喷层与围岩的粘结性能及抗变形能力，能够有效改善喷层支护效果，其中超细水泥基材料、聚合物改性材料等拓展了复杂条件下喷射混凝土的适用性，新型钢纤维、聚丙烯纤维等高性能纤维材料大幅提高了喷层的抗裂性、韧性，改善了支护效果。最后，在金属支护材料领域，各种高强度钢、耐候钢的应用有效提高了矿用型钢支架、金属网的强度及耐腐蚀性能，其中型钢截面优化设计以及工字钢、矩形管等新型截面的应用，在提高支架强度的同时，降低了钢材用量。

结语

综上所述，复杂地质条件对煤矿掘进支护的影响深远，单一支护技术已难以应对复杂条件下的围岩控制需求，必须加快支护理念创新，优化集成常规支护技术，深化锚网索联合支护等新型支护技术的工程应用，加强支护新材料、新工艺、新装备的研发，并着力提升掘进支护全过程的信息化、精细化管理水平，构建集成创新、多维协同的煤矿掘进支护技术体系，以不断提升复杂条件下煤矿掘进支护的安全性、经济性、适应性，为保障煤炭能源安全供给、推动行业高质量发展提供有力的技术支撑。

参考文献：

[1] 李国华.探讨复杂地质条件下的煤矿掘进支护技术应用[J].商业2.0（经济管理）, 2021, 000(013):P.1-1.

[2] 木拉地里•卡米江.煤矿开采过程中掘进支护技术的应用分析[J].工程技术研究, 2022, 4(6):16-18.

[3] 房博.浅谈煤矿掘进巷道的顶板支护技术[J].中国设备工程, 2022(000-003).

[4] 张克海.煤矿采煤掘进中高强支护技术应用探讨[J].工程施工新技术, 2022.

[5] 李卫岩.小议复杂地质条件下的煤矿掘进支护技术及应用策略[J].中文科技期刊数据库(引文版)工程技术, 2022(4):4.