煤礦巷道快速掘進(jìn)及高效支護(hù)技術(shù)探討

石曙光

摘 要：實(shí)現(xiàn)煤礦高產(chǎn)高效的主要途徑是提高煤礦巷道掘進(jìn)速度。結(jié)合實(shí)際，分析制約煤礦巷道掘進(jìn)速度的主要因素，探討相關(guān)解決技術(shù)，重點(diǎn)探討高效支護(hù)技術(shù)相關(guān)研究方向，可供相關(guān)科技工作者參考借鑒。

關(guān)鍵詞：巷道 快速掘進(jìn) 支護(hù)

中圖分類號：TD263.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）009-045-02

1 引言

煤炭是我國的主要一次能源，在我國的生產(chǎn)和消費(fèi)中都占據(jù)著主體地位。我國的煤礦主要采用地下巷道開采，巷道掘進(jìn)工藝包括破巖、裝運(yùn)和支護(hù)三大工序，是一項(xiàng)復(fù)雜的施工工藝過程，多方面的因素都可影響煤礦掘進(jìn)速度。

在提高煤礦巷道掘進(jìn)速度的同時，保持巷道暢通和圍巖穩(wěn)定對煤礦建設(shè)和生產(chǎn)安全具有重大意義。隨著開采廣度、深度及強(qiáng)度的增加，各種地質(zhì)條件越加復(fù)雜，對巷道支護(hù)技術(shù)提出了更高的要求。

2 影響煤礦巷道掘進(jìn)速度的因素

2.1 地質(zhì)構(gòu)造因素

良好的地質(zhì)構(gòu)造可以提升掘進(jìn)速度，相反大量褶皺、斷層或火成巖侵入體等復(fù)雜多變惡劣的地質(zhì)條件將增大掘進(jìn)作業(yè)難度。歸納而言，煤巖硬度、褶區(qū)構(gòu)造、圍巖節(jié)理、瓦斯量、頂板和底板的穩(wěn)定性、涌水量標(biāo)準(zhǔn)等都對煤礦生產(chǎn)產(chǎn)生了巨大影響。煤巖硬度較高時僅需要臨時性支護(hù)，若巖層具有褶曲斷層節(jié)理，將會使得煤層厚度不可預(yù)測，容易發(fā)生冒頂、塌落或偏冒等安全事故，從而影響掘進(jìn)施工進(jìn)度。煤礦開采進(jìn)程中若瓦斯涌出量太大，將會對掘進(jìn)施工造成巨大威脅。

2.2 掘進(jìn)設(shè)備因素

21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，各類新型更快速的巷道掘進(jìn)設(shè)備和技術(shù)不斷得到實(shí)際應(yīng)用，但是，我國總體掘進(jìn)開采設(shè)備雖然品種齊全，但是自動化、信息化、機(jī)械化和集成化程度仍然落后于發(fā)達(dá)國家，整體工藝性能和水平還有較大欠缺，由我國自行研發(fā)生產(chǎn)的掘進(jìn)開采機(jī)械設(shè)備故障率較高，尤其是消耗刀具現(xiàn)象較為嚴(yán)重，繼而影響煤礦巷道生產(chǎn)掘進(jìn)速度。特別是一些掘進(jìn)設(shè)備的核心技術(shù)還沒有掌握，與發(fā)達(dá)國家同類產(chǎn)品有很大差距，在很多煤礦企業(yè)中，打眼、噴漿等環(huán)節(jié)方式仍然沒有實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動化，很多還依靠人工。

2.3 施工工藝因素

掘進(jìn)設(shè)備狀況往往決定著采煤施工工藝，新型的支護(hù)工藝必然無法適用在落后的掘進(jìn)設(shè)備中。目前在我國，大多數(shù)煤礦企業(yè)適用的支護(hù)形式主要是新型復(fù)合支護(hù)或打斷面U型棚型支護(hù)，這種工藝不僅運(yùn)輸、通風(fēng)、行人、安裝都很方便，而且支護(hù)強(qiáng)度也較高、巷道斷面大，但是支護(hù)施工難度較大，尤其在一些復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造時，將會嚴(yán)重影響巷道掘進(jìn)施工進(jìn)度。

2.4 施工組織管理與施工人員因素

電力資源短缺是制約我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展的首要因素，為了緩解供電壓力，我國的原煤產(chǎn)量出現(xiàn)了供大于求的現(xiàn)象，為追求可觀眼前經(jīng)濟(jì)利益，許多企業(yè)過度開采煤層，忽視了持續(xù)發(fā)展、科學(xué)施工管理。許多工程建設(shè)管理者并沒有編制規(guī)范的工程建設(shè)規(guī)程和有效的質(zhì)量監(jiān)管文件，工程實(shí)施過程中無法有效貫徹落實(shí)原先制定的工程計(jì)劃，繼而對煤礦安全生產(chǎn)產(chǎn)生一定的不良影響。此外，一些煤礦企業(yè)工作人員還沒有完全掌握煤礦巷道的掘進(jìn)新技術(shù)、新工藝和掘進(jìn)設(shè)備的性能情況，這些因素也對掘進(jìn)速度產(chǎn)生了不良影響。

3 提高煤礦巷道掘進(jìn)速度的方法

3.1 推廣應(yīng)用創(chuàng)新超前地質(zhì)探測技術(shù)

采用先進(jìn)科學(xué)的探測技術(shù)是實(shí)施快速掘進(jìn)施工的首要方法，對礦區(qū)地質(zhì)進(jìn)行全面探測，制定完備的施工規(guī)劃并貫徹落實(shí)，去報(bào)掘進(jìn)施工展開時安全有序并高效。

煤礦超前地質(zhì)探測技術(shù)方法主要有鉆探、物探及巷探等方法，各個礦井應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇適用的探測方法，探清煤層的采、掘頭面安全距離范圍內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)狀況以及巖層等重要地質(zhì)信息。這些信息將有助于預(yù)防誤揭煤、誤透老空老巷積水、誤透構(gòu)造水、預(yù)防發(fā)生瓦斯突出和突水事故，進(jìn)一步保證煤礦企業(yè)安全和諧發(fā)展。

3.2 應(yīng)用先進(jìn)掘進(jìn)設(shè)備

在巷道掘進(jìn)中，煤礦企業(yè)普遍使用最多的設(shè)備是掘進(jìn)機(jī)，因此，煤礦企業(yè)要根據(jù)礦區(qū)工作條件選擇適宜的掘進(jìn)機(jī)，同時，在實(shí)踐過程中要立足長遠(yuǎn)，為掘進(jìn)機(jī)的長期穩(wěn)定連續(xù)工作創(chuàng)造良好條件，對掘進(jìn)機(jī)的維護(hù)和保養(yǎng)工作要落實(shí)到位。

另外，掘進(jìn)施工中應(yīng)根據(jù)礦區(qū)實(shí)際情況，引進(jìn)發(fā)達(dá)國家先進(jìn)技術(shù)與自主研發(fā)并行，創(chuàng)設(shè)出滿足支護(hù)、掘進(jìn)并行作業(yè)的優(yōu)質(zhì)施工設(shè)備，進(jìn)而全面提升煤礦施工開采設(shè)備的性能水平。

3.3 優(yōu)化施工工藝和方法

煤礦企業(yè)要結(jié)合自身情況，引進(jìn)新技術(shù)新方法不斷優(yōu)化施工工藝和方法，促進(jìn)煤礦巷道掘進(jìn)速度的提升。例如使用中深孔爆破、深孔爆破等各項(xiàng)創(chuàng)新新技術(shù)，在施工過程中大力推行“噴、錨、噴”的施工工藝燈措施等。

3.4 大力采用中深孔爆破技術(shù)

針對施工礦區(qū)地質(zhì)不同的現(xiàn)實(shí)特征，對爆破工藝的選用進(jìn)行深入的科學(xué)研究，合理選擇裝藥結(jié)構(gòu)、爆破參數(shù)，有效提升循環(huán)施工進(jìn)度。在爆破工藝中，眼深、應(yīng)用掏槽方式、裝藥形式和炮眼角度等均影響爆破效果，從而進(jìn)一步影響煤礦巷道掘進(jìn)施工進(jìn)度。中深孔技術(shù)爆破具有提升循環(huán)進(jìn)尺、提高一次爆破巖石總量、降低打眼、裝巖工序時間等優(yōu)點(diǎn)，可以有效提升巷道掘進(jìn)施工效率和速度。

3.5 加強(qiáng)施工組織管理

在掘進(jìn)施工中，煤礦企業(yè)要遵循煤礦安全生產(chǎn)規(guī)程，根絕施工技術(shù)和機(jī)械設(shè)備現(xiàn)狀，使用科學(xué)方法制訂施工工藝，盡力實(shí)施多工序平行交叉作業(yè)的方法，合理利用施工建設(shè)時間，同時注意保障職工人生安全。例如支護(hù)與掘進(jìn)平行開展，裝巖與鑿巖平行作業(yè)等。合理選擇循環(huán)實(shí)踐方式，包括依據(jù)施工技術(shù)、設(shè)備和管理水平對各工序的施工時間、潛在能力仔細(xì)分析和預(yù)留計(jì)算。同時，煤礦企業(yè)還要擴(kuò)充投入，引進(jìn)新技術(shù)、高端設(shè)備工具，不斷提高煤礦巷道掘進(jìn)施工機(jī)械自動化水平。還要重視實(shí)行科學(xué)管理方法，貫徹落實(shí)前期項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)劃內(nèi)容，保障各個施工工序建設(shè)質(zhì)量，全面杜絕過度開采現(xiàn)象。由于我國現(xiàn)行采掘設(shè)備性能有限，質(zhì)量不高，更應(yīng)強(qiáng)化對設(shè)備的管理維護(hù)，優(yōu)化改進(jìn)，建立定期操作維護(hù)檔案，確保其始終處于良好應(yīng)用狀態(tài)。

4 高效支護(hù)技術(shù)的探討

安全、合理、有效的煤礦巷道支護(hù)是保證礦山建設(shè)和煤炭開采高產(chǎn)高效的必要條件，也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

煤礦企業(yè)中目前普遍應(yīng)用錨網(wǎng)+鋼筋梯+錨索的錨桿聯(lián)合支護(hù)形式。錨桿支護(hù)方式具有支護(hù)效果好、效率高、成本低廉等諸多特點(diǎn)，已經(jīng)成為巷道支護(hù)的一個主要發(fā)展方向，同時為適應(yīng)煤礦機(jī)械化礦井建設(shè)的需要，大幅度提高綜掘單進(jìn)進(jìn)度，將錨桿支護(hù)由巖巷發(fā)展到煤巷（回采巷道），巷道錨桿支護(hù)技術(shù)在煤巷支護(hù)領(lǐng)域取得了較好的效果和實(shí)際應(yīng)用。

目前，國內(nèi)外眾多研究學(xué)者從不同的方面解釋和論證了錨桿錨桿的支護(hù)機(jī)理，并建立了各自的錨桿支護(hù)模型和各參數(shù)計(jì)算公式。然而事實(shí)上，學(xué)者們的研究成果在井下工程實(shí)踐中，由于巖性和頂板結(jié)構(gòu)實(shí)際情況的差異性，往往表現(xiàn)為某一支護(hù)機(jī)理起主導(dǎo)作用，其它多種支護(hù)機(jī)理共同負(fù)荷作用，但目前為止，研究學(xué)者尚無法建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確計(jì)算各種支護(hù)機(jī)理的綜合作用結(jié)果。

事實(shí)上，研究學(xué)者們針對某一種特定圍巖巖性和巖體結(jié)構(gòu)的理想狀態(tài)，按照相關(guān)理論分析計(jì)算出的錨桿支護(hù)參數(shù)在實(shí)際施工中由于煤礦巷道中的實(shí)際情況的不同，對煤礦巷道的支護(hù)效果產(chǎn)生了一定影響，若計(jì)算參數(shù)結(jié)果偏差較大也可能會引發(fā)安全事故，因此目前單一的支護(hù)理論還無法全面的分析計(jì)算錨桿支護(hù)各參數(shù)。在井下實(shí)際施工中切不可片面以某一單一的支護(hù)理論為指導(dǎo)，還要輔以工程類比、巷道動態(tài)觀察等方法，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控頂板變化的結(jié)果，及時匯總和分析，調(diào)整相應(yīng)的支護(hù)參數(shù)，使巷道支護(hù)效果達(dá)到最佳狀態(tài)，最大限度滿足頂板支護(hù)的實(shí)際需求。

錨網(wǎng)支護(hù)過程中常常伴隨有層理、節(jié)理、裂隙、構(gòu)造滑面、軟弱薄夾層等工程巖體弱面現(xiàn)象，這些弱面的共同作用下使得巖體的結(jié)構(gòu)特性變得復(fù)雜，巖體的強(qiáng)度和在外力作用下的變形方式因而受到很大影響。工程實(shí)踐中，及時發(fā)現(xiàn)各種弱面和軟弱薄夾層的存在，并采取相應(yīng)的針對性加強(qiáng)支護(hù)措施是預(yù)防發(fā)生頂板事故的有效方法。

5 結(jié)束語

長期以來，地質(zhì)構(gòu)造條件、掘進(jìn)設(shè)備、施工工藝和組織管理等因素影響著我國煤礦巷道的掘進(jìn)速度，礦井生產(chǎn)效率難以提高。為提高巷道掘進(jìn)施工效率，只有通過深入分析影響掘進(jìn)速度的各種根本原因，切實(shí)尋求相應(yīng)解決方法。同時引進(jìn)發(fā)達(dá)國家先進(jìn)掘進(jìn)設(shè)備和支護(hù)技術(shù)，保證施工環(huán)境安全而有序進(jìn)行，進(jìn)而提高經(jīng)濟(jì)效益，解決我國國民經(jīng)濟(jì)快速增長對煤炭的需求。