煤礦采礦工程巷道掘進(jìn)技術(shù)要點(diǎn)和支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用分析

摘 要：本文將對煤礦巷道掘進(jìn)施工的方式以及施工支護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究和分析，之后將煤礦巷道中的支護(hù)理論、形式和如何支護(hù)等方面知識進(jìn)行闡述及分析。隨著煤礦開采技術(shù)的不斷發(fā)展，煤礦巷道的掘進(jìn)技術(shù)已成為井下開采的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：煤礦巷道；掘進(jìn)技術(shù)；支護(hù)技術(shù)；應(yīng)用分析

在煤礦開采環(huán)節(jié)中，巷道作為地表與礦體間進(jìn)行連接的基礎(chǔ)性通路，不僅是煤炭傳送與運(yùn)輸?shù)谋匾窂?，更是?shí)現(xiàn)通風(fēng)與排水等作業(yè)的關(guān)鍵性工程。作為煤礦巷道施工中重要的組成部分，掘進(jìn)與支護(hù)則更是確保巷道良好構(gòu)成的前提與基礎(chǔ)，尤其在水文、地質(zhì)以及瓦斯等因素較為復(fù)雜的煤礦區(qū)域內(nèi)，唯有逐步完善巷道掘進(jìn)與支護(hù)施工技術(shù)，才能確保巷道強(qiáng)度與穩(wěn)定性的進(jìn)一步提升，從而確保煤炭生產(chǎn)過程中的安全。

1 掘進(jìn)施工與支護(hù)技術(shù)概念

在開采煤礦之前，需要開鑿一定數(shù)量的巷道來抵達(dá)煤層，同時(shí)為煤礦運(yùn)輸提供穩(wěn)定的運(yùn)輸通道。煤礦巷道掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)，就是針對煤礦巷道的挖掘和支護(hù)提供支持的技術(shù)。一般來說，其分為掘進(jìn)和支護(hù)兩個(gè)部分。

1.1 掘進(jìn)施工

當(dāng)前煤礦掘進(jìn)施工大多數(shù)使用的是直眼掏槽與斜眼掏槽組合的方式，如果煤礦巷道掘進(jìn)期間存在軟巖夾層，工作人員必須處理好掏槽，并且將其控制于45°～90°間，如果炮眼斷面相對較大，就需要增加輔助眼，讓煤礦巷道質(zhì)量更加標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。在煤礦巷道掘進(jìn)期間，掘進(jìn)機(jī)已經(jīng)廣泛用于破煤與裝煤施工中，使用掘進(jìn)機(jī)設(shè)備生成流水性掘進(jìn)施工框架，最大程度地提高煤礦生產(chǎn)效率與巷道掘進(jìn)施工進(jìn)程。除此之外，還應(yīng)用了采煤機(jī)，利用橫軸切割等形式，連續(xù)采煤，以此拓展煤礦巷道寬度。它整合了掘進(jìn)工序和煤礦回采，有著明顯的施工優(yōu)勢，并且資金投入小、采煤效率高，能有效節(jié)省掘進(jìn)施工時(shí)間與成本，改善生產(chǎn)效率。

1.2 支護(hù)技術(shù)

煤礦巷道掘進(jìn)中，必須結(jié)合周邊環(huán)境，擬定有效的頂板支護(hù)方案。其中，預(yù)留煤柱作為核心巷道支護(hù)形式，下區(qū)段始終處在回風(fēng)狀態(tài)，上區(qū)段處在運(yùn)輸狀態(tài)，巷道上區(qū)段與下區(qū)段都必須擁有預(yù)留煤柱，以此降低回風(fēng)平巷周邊的支撐壓力，該預(yù)留煤柱具有操作簡便的優(yōu)勢，方便巷道排水與通風(fēng)，但支護(hù)耗費(fèi)較大，如果巷道底端受煤礦支撐擠壓，勢必會影響巷道穩(wěn)定性與安全性，在巷道煤層靠近的地帶，為了確保整個(gè)掘進(jìn)施工穩(wěn)定性與安全性，要盡量減小煤層沖擊帶來的不利影響，控制好預(yù)留煤柱寬度，落實(shí)煤柱管理要求。

2 煤礦掘進(jìn)的技術(shù)難點(diǎn)及對策

2.1 軟巖條件下的巷道掘進(jìn)和支護(hù)難點(diǎn)

軟巖巷道會隨著時(shí)間的推移，在地應(yīng)力和水理作用的影響下，巷道圍巖發(fā)生大位移現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為底鼓、兩幫凸出。軟巖巷道底鼓分為擠塑性底鼓和膨脹性底鼓。當(dāng)巷道中有積水時(shí)，兩種底鼓會相互促進(jìn)，造成惡劣循環(huán)。對上述兩種變形，根據(jù)情況首先可采用增加底角錨桿支護(hù)和底板錨桿限制巷道變形。其次，可將巷道斷面設(shè)計(jì)增加反底拱設(shè)計(jì)。最后，從改變圍巖應(yīng)力分布角度入手，在軟巖巷道旁開挖泄壓槽或充填區(qū)，使自由區(qū)巷道應(yīng)力降低。

2.2 采掘應(yīng)力擾動區(qū)內(nèi)巷道掘進(jìn)和支護(hù)難點(diǎn)

在采掘應(yīng)力擾動區(qū)內(nèi)，巷道掘進(jìn)過程中冒頂垮落的風(fēng)險(xiǎn)以及沖擊地壓發(fā)生的頻率和烈度比原巖應(yīng)力區(qū)高很多。在應(yīng)力擾動區(qū)內(nèi)，巷道掘進(jìn)主要受兩種形式的應(yīng)力破壞。第一種是單次大能量應(yīng)力沖擊，煤巖突出和沖擊地壓，它會瞬間破壞巷道原有支護(hù)，對巷道造成毀滅性破壞。第二種是循環(huán)疊加應(yīng)力，周期來壓和循環(huán)炮掘，單次應(yīng)力強(qiáng)度不大，但經(jīng)過多次循環(huán)和疊加后，巷道的支護(hù)材料會產(chǎn)生疲勞損傷，材料強(qiáng)度降低，從而導(dǎo)致巷道變形或冒頂垮落。

3 煤礦開采掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的關(guān)鍵

3.1 煤礦開采方式

煤礦開采，主要的開采方式是綜采和炮采；炮采主要是在長壁工作面中執(zhí)行，主要過程是破煤、裝煤、運(yùn)煤和支護(hù)技術(shù)，炮采工作面設(shè)備安裝簡單，鉆研技術(shù)采用煤電鉆，在各種復(fù)雜的環(huán)境下都可以使用，但炮采工作對頂板的管理不是非常完善，頂板事故多大，安全系數(shù)較低，因此在采取炮采時(shí)要注意爆破落煤要增加炮眼的個(gè)數(shù)，采用機(jī)械裝煤可以加強(qiáng)施工人員的強(qiáng)度，炮眼的封堵使用水泡泥，防止出現(xiàn)打筒的現(xiàn)象，加強(qiáng)對作業(yè)人員操作流程的培訓(xùn)，保障作業(yè)安全。

3.2 綜合開采方式

綜采工藝是煤礦綜合機(jī)械化開采主要技術(shù)，即爆破、裝運(yùn)、支護(hù)等工序均已實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，被廣泛地應(yīng)用于煤礦中，綜采工作面投入大、無法保障煤質(zhì)的裝備和回撤，因此在綜采作業(yè)時(shí)要考慮煤層傾角的大小，收尾的作業(yè)技術(shù)和構(gòu)造問題。

3.3 復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下開采方式

處于復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤礦巷道開采的關(guān)鍵是合理地分析該區(qū)域的實(shí)際地質(zhì)情況，特別是對地下的復(fù)雜多變的地質(zhì)條件，合理的布置巷道，在巷道開采時(shí)要注意不穩(wěn)定的圍巖現(xiàn)象，該技術(shù)的關(guān)鍵是為了保障周圍的圍巖不受破壞，保障安全生產(chǎn)。掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)面對復(fù)雜的地質(zhì)條件，可以科學(xué)地運(yùn)用掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)，將圍巖和支護(hù)體組成一個(gè)整體，擴(kuò)大使用范圍。

4 煤礦開采技術(shù)和掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的選擇

4.1 掘進(jìn)技術(shù)的選擇

煤礦掘進(jìn)技術(shù)是煤礦開采到結(jié)束的整個(gè)過程，大多數(shù)企業(yè)對開采過程中的掘進(jìn)技術(shù)重視度不夠，盡管掘進(jìn)技術(shù)多樣，但合理利用掘進(jìn)技術(shù)才是提高效率的關(guān)鍵。目前我國煤礦常用的支護(hù)技術(shù)有金屬支護(hù)、噴漿支護(hù)、錨桿錨網(wǎng)支護(hù)和液壓支護(hù)技術(shù)等。掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的選擇要根據(jù)煤礦井下作業(yè)的實(shí)際情況進(jìn)行，在選擇合理的支護(hù)技術(shù)時(shí)要區(qū)分綜掘機(jī)的使用范圍，結(jié)合巷道斷面的圍巖承載情況，完善煤礦掘進(jìn)的管理過程，提高開采效率。

4.2 支護(hù)技術(shù)的選擇

隨著開采技術(shù)的發(fā)展，常見的支護(hù)技術(shù)有直接破頂法、后退臥底法、臨時(shí)支護(hù)法等支護(hù)技術(shù)，在做臨時(shí)支護(hù)工作時(shí)如果斷層的落差較大，就容易發(fā)生圍巖破碎情況，最佳的支護(hù)方法就是U型鋼支護(hù)技術(shù)，將U型剛和錨桿支護(hù)有機(jī)結(jié)合，提高巷道的穩(wěn)定和圍巖的堅(jiān)固性。

5 優(yōu)化煤炭采礦工程巷道掘進(jìn)與支護(hù)的方法

5.1 使用性能穩(wěn)定的掘進(jìn)設(shè)備

巷道掘進(jìn)機(jī)作為煤巷快速施工的設(shè)備，決定著整個(gè)工程工作情況。井下礦物與巷道煤巖是整個(gè)掘進(jìn)機(jī)械的工作目標(biāo)，并且有著很強(qiáng)的振動效應(yīng)，作業(yè)環(huán)境惡劣，所以必須結(jié)合工作環(huán)境確立施工方案，才能確保連續(xù)的機(jī)械作業(yè)。根據(jù)國產(chǎn)化進(jìn)程與設(shè)備引入機(jī)制，國內(nèi)巷道掘進(jìn)技術(shù)有了很大的發(fā)展，并且形成了很好的掘進(jìn)工藝與發(fā)展模式。在恰當(dāng)?shù)牟课皇褂描偳妒浇M合，通過模塊結(jié)合的形式，幫助設(shè)備做好維修拆卸，這樣才能確保設(shè)備穩(wěn)定性。

5.2 優(yōu)化機(jī)電一體化

做好掘進(jìn)設(shè)備故障判定與狀態(tài)監(jiān)控，結(jié)合現(xiàn)代測控工藝，優(yōu)化并創(chuàng)新掘進(jìn)設(shè)備問題評估、狀態(tài)監(jiān)測與遠(yuǎn)距離控制，這樣才能達(dá)到電機(jī)整體運(yùn)作要求。

5.3 做好巷道支護(hù)管理

面對軟巖回巷道的支護(hù)問題，必須增強(qiáng)噴層、支護(hù)網(wǎng)剛度支撐，在薄弱區(qū)域做好錨梁支護(hù)，才能提高圍巖表層支撐與約束力，限制巷道縱向碎區(qū)延伸。為了擁有良好的支撐效果，對于巷道掘進(jìn)與支撐，嚴(yán)格把控螺母精度與質(zhì)量，把普通螺母換成專用錨桿螺母，才能從整體上提高抗壓能力。

6 結(jié)論

綜上所述，，煤礦巷道掘進(jìn)施工與支護(hù)施工時(shí)所涉及到的影響因素眾多，如地質(zhì)、水文、環(huán)境、設(shè)備、工藝技術(shù)以及施工流程等。對此，應(yīng)對各類應(yīng)用材料與勘察結(jié)果等進(jìn)行細(xì)致的結(jié)合，并選取出適合該區(qū)域煤礦開采的巷道掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)，以此為煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，做出相應(yīng)的促進(jìn)與推動，也是提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要基礎(chǔ)。

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作者簡介：

王興民（1980-），本科，研究方向：煤礦安全管理.