分析復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

馬愛全

(山西宏廈第一建設(shè)有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045008)

引言

在工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的推動(dòng)下，工業(yè)生產(chǎn)對(duì)煤炭資源的需求量不斷增加，煤炭資源開采力度也在隨之加大。對(duì)于一些大采深礦井來說，在開采深度不斷增加的情況下，其面臨的地質(zhì)構(gòu)造條件也越來越復(fù)雜，頂板壓力越來越大，這些都對(duì)煤礦掘進(jìn)生產(chǎn)帶來了很大的困難和挑戰(zhàn)。為了實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜地質(zhì)條件下煤礦的安全掘進(jìn)，必須要根據(jù)地質(zhì)情況采取可靠而有效的支護(hù)措施，才能減少掘進(jìn)中發(fā)生安全事故的可能性。目前，針對(duì)斷層等復(fù)雜地質(zhì)條件下的掘進(jìn)技術(shù)主要有直接破頂法、退后臥底法、錨桿臨時(shí)加U型鋼架法。這些掘進(jìn)技術(shù)的合理應(yīng)用為煤礦掘進(jìn)安全生產(chǎn)提供了有力的技術(shù)支撐。

圖 施工圖

一、煤礦開采過程中可能存在的影響因素

隨著社會(huì)整體經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)對(duì)煤炭能源的需求量不斷提升，在地質(zhì)條件復(fù)雜、煤炭資源匱乏等因素影響下，我國(guó)煤炭開采行業(yè)迎來了較為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。煤炭實(shí)際開采過程中，為保證開采效率和質(zhì)量，技術(shù)人員應(yīng)該對(duì)地質(zhì)條件進(jìn)行充分考量，根據(jù)實(shí)際情況采用具有針對(duì)性的支護(hù)技術(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)煤炭的有效生產(chǎn)。

由于地質(zhì)條件的影響，煤礦開采過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種問題，例如井巷圍巖松散導(dǎo)致的破碎現(xiàn)象、地下水浸蝕導(dǎo)致的巷道軟化等，這一些列問題為煤礦巷道支護(hù)帶來了很大難度。在進(jìn)行巷道挖掘時(shí)，若圍巖強(qiáng)度較差，很容易對(duì)巷道的穩(wěn)定性造成影響，并且在進(jìn)行煤礦斷層開采時(shí)很可能出現(xiàn)地質(zhì)變化，降低巖層的穩(wěn)定性。不僅如此，巷道支護(hù)柱的結(jié)構(gòu)業(yè)余煤礦開采的安全性息息相關(guān)，例如，當(dāng)采用開放型結(jié)構(gòu)時(shí)，若出現(xiàn)壓力過大、壓力集中等問題，則很可能引發(fā)安全事故，對(duì)煤礦開采工作的質(zhì)量和效率帶來嚴(yán)重影響。

二、復(fù)雜地質(zhì)條件下掘進(jìn)過程中存在的問題

隨著對(duì)煤炭資源需求的增加，對(duì)煤炭開采的深度提出了更高的要求，這對(duì)煤礦的地質(zhì)結(jié)構(gòu)造成了極大的破壞，進(jìn)而影響了煤礦頂板的整體巖性，并增加了煤層的頂板。周邊地區(qū)。巖石的應(yīng)力大大增加了煤礦開采的難度。此外，在采礦過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一系列斷層構(gòu)造。這些結(jié)構(gòu)很容易影響巖層結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，出現(xiàn)裂紋問題，增加頂板壓力并影響隧道工程的整體質(zhì)量。

1.易于挖掘和修復(fù)問題

在煤礦開采過程中，面對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)條件，有必要提前完成開挖工作，及時(shí)修復(fù)巷道底板，以確保后續(xù)工作的有效實(shí)施，但這會(huì)影響到整體的效率。煤礦開采工作。這稱為前部維修。在復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤礦開采中，特別是在軟煤層或項(xiàng)目底板位置的采礦作業(yè)中，很容易發(fā)生前向開挖和后續(xù)維修的問題，這些問題往往會(huì)造成破碎問題，不僅會(huì)影響巷道開挖和開采的有效開展。煤礦巷道的形成，但會(huì)影響煤礦的整體開采效率。另外，在采礦過程中，巷道的頂層和底層極易收縮和變形，這將加速巷道的變形。因此，盡管前開挖和后修復(fù)方式為有效地進(jìn)行煤礦開挖工作提供了保證，但它大大增加了煤礦開挖工作的總量。

2.圍巖問題

首先，在復(fù)雜的地質(zhì)條件下，煤礦巷道圍巖位置不穩(wěn)定，當(dāng)巷道支護(hù)強(qiáng)度不能滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，極有可能發(fā)生煤巖層破裂的問題，對(duì)煤層破壞產(chǎn)生不利影響。煤礦安全駕駛；其次，在煤礦開采過程中，地質(zhì)條件的復(fù)雜性將對(duì)煤礦巷道圍巖的支護(hù)強(qiáng)度產(chǎn)生一定的影響，進(jìn)而影響巷道的整體穩(wěn)定性，掩埋煤礦安全隱患。后期采礦工作的有效發(fā)展；再次，當(dāng)隧道周圍有地下水時(shí)，周圍的巖石會(huì)因地下水的侵蝕而軟化，從而影響支護(hù)的安全性。最后，在復(fù)雜的地質(zhì)條件下可能存在斷層結(jié)構(gòu)，影響巖層的整體結(jié)構(gòu)，并且頂板將承受相對(duì)較大的壓力，不利地影響了隧道支護(hù)的安全性。

3.巷道橫截面

煤礦驅(qū)動(dòng)技術(shù)在煤礦開采過程中的應(yīng)用對(duì)煤礦巷道的斷面和尺寸提出了更高的要求。巷道的斷面直接影響煤礦的整體利用率，因此巷道的斷面應(yīng)做成矩形，這樣不僅可以將巷道技術(shù)充分應(yīng)用于煤礦開采，而且可以保證為采礦速度。另外，巷道的大小直接影響煤炭開采的整體效率。這需要在確保巷道安全的基礎(chǔ)上保持大斷面狀態(tài)，為以后的施工中使用大型機(jī)械和設(shè)備提供安全的環(huán)境，并提高采礦工作的效率。

三、復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

1.合理選擇機(jī)械設(shè)備

通常情況下，煤礦開采之前需要實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道進(jìn)行研究分析，并結(jié)合自身實(shí)際情況選擇最為合理的機(jī)械設(shè)備。

首先，巷道挖掘過程中，選擇合理的機(jī)械設(shè)備能夠在很大程度上提高工作效率，縮短巷道開采周期。通常來講，當(dāng)巷道長(zhǎng)度小于300m時(shí)，為降低開采成本，應(yīng)該選擇普通挖掘機(jī)，從而獲得低成本高回報(bào)的應(yīng)用效果。若巷道長(zhǎng)度大于300m，這時(shí)可以結(jié)合自身實(shí)際情況選擇綜合挖掘機(jī)，縮短挖掘周期，提高開采效率。

其次，在地質(zhì)情況相對(duì)復(fù)雜的條件下，進(jìn)行煤礦開采時(shí)若應(yīng)用綜合挖掘機(jī)，則需要注意兩方面問題。一方面需要注意煤礦圍巖的強(qiáng)度，另一方面需要對(duì)巷道斷面、挖掘機(jī)維修量等情況進(jìn)行合理判斷。在對(duì)諸多因素進(jìn)行反復(fù)分析對(duì)比之后，選擇最為合理的挖掘機(jī)，進(jìn)而保證開采工作能夠順利穩(wěn)定進(jìn)行。

最后，為保證煤礦開采工作的效率和安全，挖掘機(jī)截齒的選擇也是一項(xiàng)需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。在進(jìn)行挖掘機(jī)截齒選擇過程中，除保證截齒質(zhì)量之外，還需對(duì)其耐磨程度、適應(yīng)性、強(qiáng)度等方面進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。若截齒的強(qiáng)度較高，其不僅能夠在很大程度上提高掘進(jìn)工作的效率和質(zhì)量，并且還能夠有效降低截齒的磨損，從而達(dá)到解決開采成本的目的。除此之外，若地質(zhì)情況特別復(fù)雜挖掘機(jī)無法有效作業(yè)時(shí)，不可進(jìn)行強(qiáng)行掘進(jìn)，可以采用爆破等科學(xué)的處理方法進(jìn)行解決，進(jìn)而保證后續(xù)的掘進(jìn)工作能夠順利進(jìn)行，同時(shí)保證機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量。

2.構(gòu)建科學(xué)支護(hù)體系

煤礦開采過程中，若所處地質(zhì)環(huán)境比較復(fù)雜，需將煤礦的掘進(jìn)技術(shù)與施工工藝進(jìn)行有效結(jié)合，根據(jù)實(shí)際的地質(zhì)環(huán)境和多方面因素條件，對(duì)整體開采環(huán)境進(jìn)行分析與判斷，在獲得判斷結(jié)果的基礎(chǔ)上構(gòu)建科學(xué)的評(píng)估體系。在進(jìn)行煤礦掘進(jìn)支護(hù)體系的建立時(shí)，為保證煤礦掘進(jìn)工作的穩(wěn)定性和持續(xù)性，需要借助液壓掘進(jìn)設(shè)備，并且采用邊坡支護(hù)的方式將支護(hù)作用發(fā)揮到最大化。在煤礦掘進(jìn)開展過程中，還需要對(duì)機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定性以及安全性進(jìn)行充分考慮，嚴(yán)格考量系統(tǒng)的閉鎖裝置，進(jìn)而保證在降低工作量的同時(shí)，保障掘進(jìn)工作能夠順利進(jìn)行。

不僅如此，除構(gòu)建合理的煤礦掘進(jìn)支護(hù)體系之外，還需要根據(jù)煤礦掘進(jìn)的實(shí)際操作水平以及實(shí)際操作情況合理計(jì)算支護(hù)臨界點(diǎn)。同時(shí)，根據(jù)支護(hù)臨界點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果選擇最為合適的掘進(jìn)機(jī)械，保證掘進(jìn)效果能夠達(dá)到理想效果。另外，在實(shí)際煤礦掘進(jìn)過程中還需注意一項(xiàng)問題，即地質(zhì)條件會(huì)隨著掘進(jìn)深度的提高而發(fā)生一定程度上的改變。通常情況下，煤礦掘進(jìn)都采用立井開拓、斜井開拓、平硐開拓三種方式，進(jìn)而保證開拓效率，提高煤礦開采質(zhì)量。

3.加強(qiáng)綜掘機(jī)配套系統(tǒng)管理

利用綜合挖掘機(jī)進(jìn)行挖掘時(shí)，若地質(zhì)條件比較復(fù)雜，則需結(jié)合實(shí)際開采情況構(gòu)建合理的施工機(jī)制體系，提高煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的管理水平。同時(shí)，還需要借助監(jiān)控技術(shù)對(duì)整體掘進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)督，保證能夠?qū)Φ刭|(zhì)環(huán)境的變化情況有著準(zhǔn)確的掌握。不僅如此，隨著掘進(jìn)深度的加深，地質(zhì)條件也會(huì)隨之發(fā)生變化，為有效保證煤礦掘進(jìn)工作的穩(wěn)定性，需要對(duì)掘進(jìn)體系進(jìn)行合理的分析以及管理，以此制定具有針對(duì)性的掘進(jìn)模式，保證掘進(jìn)工作能夠順利進(jìn)行。最后，還需要保證掘進(jìn)機(jī)制的現(xiàn)代化程度，提高施工隊(duì)伍的整體水平，借助人性化管理方式、以人為本原則，在最大程度上實(shí)現(xiàn)煤礦施工工藝的創(chuàng)新和優(yōu)化，進(jìn)而保證煤礦開采工作的有效性以及安全性。

4.截齒的選擇。截齒選擇前，應(yīng)充分了解區(qū)域煤層及巖層的硬度，對(duì)于硬度較小的煤巖層可使用掘進(jìn)機(jī)截齒進(jìn)行切割，截齒必須要有足夠的耐磨強(qiáng)度，以保證掘進(jìn)機(jī)的截割速度；對(duì)于硬度較高，超過掘進(jìn)機(jī)截割能力的煤巖層，應(yīng)考慮采用爆破等方式，避免強(qiáng)行切割而加劇設(shè)備截齒等部件的磨損。

5.過斷層的錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)

(1)直接破頂法

斷層地帶頂板場(chǎng)存在較多松散圍巖，其穩(wěn)定性很差，極易發(fā)生冒落，對(duì)生產(chǎn)造成威脅。對(duì)于頂板存在較多松散圍巖的，可采取直接破頂法先對(duì)松散圍巖予以清除，留下穩(wěn)定性較好的圍巖，以確保頂板穩(wěn)固，消除事故隱患，之后再采取錨網(wǎng)索等支護(hù)措施對(duì)頂板進(jìn)行支撐加固。

(2)退后臥底法

退后臥底法較適用于巖層堅(jiān)固且完整，斷層落差比較小的區(qū)域，可在一定程度上保證斷層的完整性和穩(wěn)定性，提高掘進(jìn)施工的安全系數(shù)，

(3)錨桿臨時(shí)支護(hù)加U鋼支護(hù)

使用該種支護(hù)時(shí)，應(yīng)合理布置錨桿間距，并確保支護(hù)的及時(shí)性，以充分發(fā)揮錨桿支護(hù)與U型鋼支護(hù)的優(yōu)勢(shì)，使兩者有機(jī)結(jié)合，保證臨時(shí)支護(hù)的穩(wěn)定性。

結(jié)束語

綜上所述，采礦過程受礦山復(fù)雜的地質(zhì)條件影響很大。這些復(fù)雜的地質(zhì)條件，例如斷層和褶皺，很容易使周圍的巖石彎曲和變形。在深井巷道開采時(shí)，傳統(tǒng)的支護(hù)技術(shù)存在很多缺陷和不足，使支護(hù)無法滿足實(shí)際需求。因此，必須進(jìn)一步研究適合當(dāng)前實(shí)際情況的新的和新的支持技術(shù)。另外，在選擇支護(hù)方式時(shí)，應(yīng)根據(jù)其圍巖的實(shí)際情況進(jìn)行開采，以保證采礦項(xiàng)目巷道開采的安全。