復(fù)雜地質(zhì)條件下煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的研究

喬 毅

（呂梁市能源信息調(diào)度中心， 山西 呂梁 033000）

引言

隨著對(duì)煤炭資源需求量的逐年上升，我國(guó)也加大了對(duì)煤炭資源的開采力度，煤炭資源年產(chǎn)量也明顯提高。不過(guò)煤炭開采大多是在復(fù)雜的地質(zhì)條件下進(jìn)行的，因此，煤炭開采難度更大，開采安全問(wèn)題也尤為突出。其中，采用科學(xué)合理的煤礦支護(hù)技術(shù)可以支撐整個(gè)巷道，確保巷道安全，從而為煤炭開采提供安全的作業(yè)環(huán)境。

1 在復(fù)雜地質(zhì)條件下開展煤礦掘進(jìn)工作面臨的困境

1.1 巷道前掘后修的工作量較大

煤礦開采環(huán)境大多比較惡劣，地質(zhì)條件復(fù)雜，從大量開采實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，若面臨復(fù)雜的地質(zhì)條件，通常前掘后修的工作量也會(huì)非常大。煤層與其頂?shù)装宓刭|(zhì)中存在松軟的區(qū)域則容易發(fā)生破碎，從而增加巷道的整體掘進(jìn)難度[1]。同時(shí)，也會(huì)降低煤礦開采的整體進(jìn)度與效率。在復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行巷道掘進(jìn)作業(yè)也容易引起巷道頂?shù)装灏l(fā)生一定程度的收縮，導(dǎo)致巷道發(fā)生形變。為有效確保煤礦掘進(jìn)工作的順利進(jìn)行，有必要在掘進(jìn)施工后進(jìn)行修補(bǔ)處理。不過(guò)這會(huì)增大巷道掘進(jìn)作業(yè)的工作量，影響開采進(jìn)度。

1.2 煤層地質(zhì)結(jié)構(gòu)受到破壞

當(dāng)?shù)V井深度不斷加深，開采工作面臨的地質(zhì)條件也越來(lái)越復(fù)雜。伴隨開采作業(yè)的不斷深入，煤層地質(zhì)結(jié)構(gòu)也會(huì)或多或少遭到破壞。因此，這在一定程度上影響到煤層頂板的巖石特性，從而引起圍巖應(yīng)力變大，圍巖容易發(fā)生斷裂。這給支護(hù)工作提出了很大的挑戰(zhàn)，也會(huì)在開采階段埋下安全隱患。當(dāng)雨季來(lái)臨圍巖受到雨水的侵蝕也易發(fā)生軟化，影響到掘進(jìn)支護(hù)工作的安全性。

1.3 開采薄煤層存在安全風(fēng)險(xiǎn)

煤炭資源在國(guó)內(nèi)分布區(qū)域較廣，不同煤炭產(chǎn)區(qū)的地質(zhì)條件有著明顯的差異。其中，不少產(chǎn)煤區(qū)中存在大量的薄煤層。在開采薄煤層的過(guò)程中進(jìn)行掘進(jìn)施工時(shí)一般會(huì)選擇巷道回采措施，而掘進(jìn)支護(hù)作業(yè)的重點(diǎn)對(duì)象會(huì)選擇半煤巷與煤巷。對(duì)于半煤巷進(jìn)行掘進(jìn)施工時(shí)首先要針對(duì)性地選好相關(guān)掘進(jìn)支護(hù)設(shè)備與掘進(jìn)技術(shù)，從而有效保障掘進(jìn)支護(hù)施工的安全性。

2 掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)在復(fù)雜地質(zhì)條件煤礦開采中的應(yīng)用

2.1 后退臥底支護(hù)技術(shù)

在進(jìn)行掘進(jìn)與開采作業(yè)時(shí)斷層經(jīng)常出現(xiàn)上移或下移的現(xiàn)象，使施工風(fēng)險(xiǎn)明顯增大。煤礦開采企業(yè)一般會(huì)選擇后退臥底支護(hù)技術(shù)來(lái)應(yīng)對(duì)，可增強(qiáng)圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而確保工作人員的人身安全。此項(xiàng)支護(hù)技術(shù)適用于高程差值為2.5 m 的巷道斷面，可以增強(qiáng)錨網(wǎng)強(qiáng)度與巷道強(qiáng)度[2]。在巷道圍巖支護(hù)作業(yè)時(shí)也可選擇此技術(shù)，施工人員需對(duì)掘進(jìn)設(shè)備進(jìn)行后退處理操作，注意控制好后退距離。若掘進(jìn)作業(yè)時(shí)的工作面坡度低于自身坡度，施工人員應(yīng)選擇坡度為12°的載坡，將載坡當(dāng)作巷道支護(hù)工作的支撐工具。

2.2 錨桿支護(hù)技術(shù)

這是在煤礦開采作業(yè)中經(jīng)常使用的一種支護(hù)技術(shù)，由于采礦作業(yè)環(huán)境較為復(fù)雜，工作人員在開采煤礦的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到落差較大的斷層。由于斷層的層面破碎嚴(yán)重，因此，斷層穩(wěn)定性較低，斷層層面經(jīng)常發(fā)生斷裂或塌陷問(wèn)題，阻礙巷道掘進(jìn)施工的順利進(jìn)行。通?？衫缅^桿支護(hù)方法來(lái)確保巷道開采作業(yè)的順利進(jìn)行。

2.3 直接破頂支護(hù)技術(shù)

這項(xiàng)支護(hù)技術(shù)大多用于硬度大于5 MPa 的頂板巖石或斷層落差超出2 m 的施工環(huán)境。它的工作原理是工作人員合理應(yīng)用相關(guān)掘進(jìn)設(shè)備，將煤礦開采過(guò)程中碰到的斷層有力破除掉，確保巷道斷面處于自然的拱形位置，同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)巷道的加固與支護(hù)處理[3]。一方面可以增強(qiáng)巷道掘進(jìn)施工的安全性，另一方面也能使頂板圍巖結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。此外，遇到坡度較大的工作面時(shí)，工作人員可選用頂板巖石自行脫落法進(jìn)行施工。

3 復(fù)雜地質(zhì)條件下煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)分析

3.1 選取正確的掘進(jìn)機(jī)型號(hào)

目前，煤礦掘進(jìn)設(shè)備主要有兩種，包括普通型掘進(jìn)設(shè)備與綜合型掘進(jìn)設(shè)備。巷道長(zhǎng)度在300 m 以內(nèi)選擇普通掘進(jìn)機(jī)；巷道長(zhǎng)度在300 m 以上選擇綜掘機(jī)。針對(duì)地質(zhì)條件復(fù)雜的煤礦，在選取掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的過(guò)程中工作人員還應(yīng)結(jié)合施工實(shí)際情況合理挑選掘進(jìn)機(jī)型號(hào)，這有助于保證煤礦開采作業(yè)的安全性，也能提升煤礦開采效率。在挑選綜掘機(jī)型號(hào)的時(shí)候應(yīng)注意考慮機(jī)器的結(jié)構(gòu)、截割強(qiáng)度、工作效率以及機(jī)器的維修情況等。通過(guò)多方對(duì)比分析選擇合適的綜掘機(jī)型號(hào)，以確保設(shè)備選取的科學(xué)性與合理性。綜掘機(jī)屬于液壓設(shè)備，若需進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)可通過(guò)掘進(jìn)機(jī)機(jī)載液壓鎖來(lái)確保支護(hù)技術(shù)的安全性。

3.2 選擇適用的截齒

掘進(jìn)機(jī)截齒的選擇也十分重要，關(guān)系到開采效率與安全性。在挑選截齒的過(guò)程中應(yīng)選擇耐磨性與強(qiáng)度好的截齒，有助于提高掘進(jìn)設(shè)備的掘進(jìn)速度，同時(shí)，還能減少由于掘進(jìn)作業(yè)而導(dǎo)致的掘進(jìn)設(shè)備的磨損[4]。碰到巖石硬度偏大的巖區(qū)時(shí)不宜強(qiáng)硬開展掘進(jìn)作業(yè)，而應(yīng)采用科學(xué)的處理辦法，比如，爆破方式可以有效延長(zhǎng)掘進(jìn)機(jī)的使用壽命。

3.3 構(gòu)建合理的支護(hù)體系

在構(gòu)建煤礦掘進(jìn)支護(hù)體系的過(guò)程中需要使用液壓掘進(jìn)設(shè)備，并配合邊坡支護(hù)措施，以充分發(fā)揮支護(hù)作用，從而確保掘進(jìn)作業(yè)的連續(xù)性。綜掘機(jī)在進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)時(shí)也是對(duì)綜掘機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用的一個(gè)過(guò)程，在使用機(jī)載液壓鎖的時(shí)候還會(huì)使用到多重支護(hù)技術(shù)。為此，在開展煤礦掘進(jìn)施工的實(shí)踐中必須全面考慮設(shè)備系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性，并合理考慮系統(tǒng)的閉鎖裝置，這樣才能盡量減少工作人員的工作量，并有效保證施工的安全性。

3.4 合理計(jì)算支護(hù)臨界點(diǎn)

在計(jì)算支護(hù)臨界點(diǎn)的時(shí)候應(yīng)注意確保支護(hù)體系的合理性與有效性。同時(shí)，圍繞掘進(jìn)作業(yè)實(shí)際情況初步算出臨界點(diǎn)，然后分析計(jì)算結(jié)果合理選取掘進(jìn)設(shè)備，以獲得較好的掘進(jìn)效果。在掘進(jìn)作業(yè)時(shí)還需運(yùn)用多種分配工藝，確保支護(hù)體系得到更好的優(yōu)化與完善[5]。由于煤礦的開采環(huán)境中潛在大量不確定的影響因素，因此，要對(duì)這些因素進(jìn)行分析然后合理評(píng)估掘進(jìn)設(shè)備。在掘進(jìn)作業(yè)的過(guò)程中當(dāng)掘進(jìn)深度逐漸深入時(shí)地質(zhì)條件也發(fā)生變化，煤礦企業(yè)通常都是先選擇立井開拓的方法，再改為斜井開拓的做法，最后改為平硐開拓的做法，以確保開拓作業(yè)順利進(jìn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

伴隨煤礦開采技術(shù)的不斷進(jìn)步，煤礦企業(yè)安全管理意識(shí)也隨之增強(qiáng)。煤礦巷道掘進(jìn)期間所用的支護(hù)技術(shù)是確保掘進(jìn)作業(yè)安全的關(guān)鍵所在。為此，工作人員必須全面勘察煤礦地質(zhì)構(gòu)造，結(jié)合實(shí)際選取合理的掘進(jìn)技術(shù)與掘進(jìn)設(shè)備，制定出合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)建方案，有效保障巷道掘進(jìn)質(zhì)量與安全，這樣才能在復(fù)雜地質(zhì)條件下全面保障煤礦開采工作效率與安全，促進(jìn)煤礦產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。