煤礦掘進(jìn)支護(hù)中的問題及對策分析

張士杰

摘 要：煤礦資源是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要資源。在當(dāng)前礦產(chǎn)資源匱乏的情況下，煤礦的開采更是帶來很大的困難。本文將進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：煤礦掘進(jìn);特征;問題;對策

1.前言

如今礦產(chǎn)資源儲備量逐漸減少的情況下，很多礦產(chǎn)的開采環(huán)境越來越復(fù)雜，尤其是一些深度較大、地質(zhì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的采礦區(qū)，給采礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)提出了更高要求。

2.礦產(chǎn)開采地區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件的特征

2.1地質(zhì)構(gòu)造

在礦產(chǎn)開采行業(yè)內(nèi)，地質(zhì)構(gòu)造主要是指地層在內(nèi)外應(yīng)力作用發(fā)生擠壓或撕裂而產(chǎn)生形變、裂縫的地質(zhì)狀態(tài)。采礦行業(yè)面臨的復(fù)雜地質(zhì)條件主要包括傾斜構(gòu)造、褶皺、斷裂構(gòu)造等，褶皺地質(zhì)構(gòu)造內(nèi)部應(yīng)力方向復(fù)雜，巖層類型多樣，會給掘進(jìn)和礦石開采工作產(chǎn)生巨大干擾。隨著礦產(chǎn)開采深度不斷加深，更為復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造威脅著作業(yè)安全。在掘進(jìn)位置靠進(jìn)地質(zhì)構(gòu)造體時，掘進(jìn)和采礦作業(yè)所產(chǎn)生的振動，很容易導(dǎo)致地質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性受到影響。這樣的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境，要求掘進(jìn)作業(yè)之前和過程中對地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行實(shí)時勘察，針對不同的構(gòu)造特點(diǎn)做好支護(hù)方案調(diào)整和優(yōu)化。

2.2礦體性質(zhì)

大多數(shù)礦產(chǎn)資源的開采都需要挖掘巷道，在掘進(jìn)過程中，巷道周邊圍巖應(yīng)力發(fā)生變化，導(dǎo)致巷道頂、底板及兩幫位置的巖體發(fā)生形變，很容易產(chǎn)生安全隱患。尤其是在軟巖性質(zhì)的地質(zhì)條件下進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)，巷道受到各種應(yīng)力的影響更為明顯，需要重視巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測和強(qiáng)化工作。同時，不同的礦產(chǎn)資源本身的礦體性質(zhì)、構(gòu)造各有不同，在掘進(jìn)和采礦期間，如果沒有根據(jù)礦體狀態(tài)做好支護(hù)，很容易因作業(yè)振動而導(dǎo)致礦體穩(wěn)定性被破壞，發(fā)生安全事故。例如，煤礦礦體在地質(zhì)構(gòu)造帶附近容易出現(xiàn)煤巖突出的情況，其受到瓦斯、地下水等影響，如果支護(hù)沒做好，容易導(dǎo)致瓦斯、水、煤巖短時間劇烈釋放，威脅工作人員生命健康安全。

3.當(dāng)前復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤礦掘進(jìn)支護(hù)存在的問題

3.1傳統(tǒng)支護(hù)方式不適應(yīng)掘進(jìn)支護(hù)要求

從當(dāng)前國內(nèi)煤礦埋深來看，很多煤礦開采的深度已經(jīng)超過了800m，整體的地應(yīng)力非常大，特別是水平地應(yīng)力已經(jīng)成為最大主應(yīng)力，測壓系數(shù)很多超過了1.5，在如此大的應(yīng)力作用下，給煤礦掘進(jìn)支護(hù)提出了更高的要求，但是從當(dāng)前很多煤礦掘進(jìn)支護(hù)的實(shí)際來看，多數(shù)煤礦在掘進(jìn)支護(hù)中仍舊沿用傳統(tǒng)的支護(hù)技術(shù)，導(dǎo)致巷道支護(hù)體和巷道圍巖之間表現(xiàn)出較強(qiáng)的不適應(yīng)性，影響到掘進(jìn)支護(hù)效果，特別是傳統(tǒng)的支護(hù)方案在很多情況下已經(jīng)明顯不能滿足深部巷道掘進(jìn)支護(hù)的要求。

3.2深部巷道圍巖表現(xiàn)出工程軟巖的特征

從深部巷道圍巖支護(hù)來看，出現(xiàn)了較多的雖然圍巖整體強(qiáng)度較大，但是其強(qiáng)度較小的情況，經(jīng)過大量分析表明，主要是在超高的地應(yīng)力作用下，這些傳統(tǒng)的硬度相對較大的巖石，表現(xiàn)出明顯的工程軟巖的特征，也就是在高應(yīng)力作用下，這些巖石的物理性質(zhì)出現(xiàn)變化，成為了“軟巖”，表現(xiàn)出明顯的蠕變特點(diǎn)，給深部巷道掘進(jìn)支護(hù)帶來了較大的難度。

3.3未充分調(diào)動巷道圍巖支護(hù)作用

大量深部巷道掘進(jìn)支護(hù)實(shí)踐表明，在深部巷道支護(hù)時，僅僅采用傳統(tǒng)的強(qiáng)力支護(hù)的方式，已經(jīng)不能實(shí)現(xiàn)對巷道的有效控制，需要支護(hù)體和圍巖形成一個聯(lián)合的支護(hù)結(jié)構(gòu)，才能更好地滿足巷道圍巖支護(hù)的需要，但是從國內(nèi)很多煤礦掘進(jìn)支護(hù)來看，多數(shù)沒有充分認(rèn)識到這個關(guān)鍵點(diǎn)，雖然部分煤礦已經(jīng)認(rèn)識到這個關(guān)鍵點(diǎn)，但是對掘進(jìn)支護(hù)時機(jī)把握不好，影響到整個支護(hù)的效果。

4.復(fù)雜地質(zhì)條件下采礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)及應(yīng)用要點(diǎn)分析

4.1采用錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)

針對復(fù)雜地質(zhì)條件，錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用價值極高，可以滿足多數(shù)復(fù)雜地質(zhì)條件的支護(hù)需求。錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)主要是在采礦掘進(jìn)巷道的周邊巖體上打入錨桿，然后將金屬網(wǎng)采用托板固定在錨桿上，形成完整的支護(hù)結(jié)構(gòu)。在該支護(hù)結(jié)構(gòu)中，錨桿的作用是固定巖體和金屬網(wǎng)，而金屬網(wǎng)主要是對松散巖石進(jìn)行維護(hù)。如果礦產(chǎn)開采掘進(jìn)巷道周邊的圍巖土質(zhì)松軟，還可以將金屬網(wǎng)和鋼筋布置在巖土表面，然后噴射混凝土，增強(qiáng)穩(wěn)定性。在錨網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)下進(jìn)行礦產(chǎn)開采時，針對不同類型的礦層主要采用的方法有以下兩種：

①退后臥底技術(shù)。如果掘進(jìn)區(qū)和開采區(qū)的礦層穩(wěn)定性較強(qiáng)，可以用退后臥底法來開采礦石，配合錨網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)，可以保證開采區(qū)周邊環(huán)境的穩(wěn)定和安全。具體來講，該方法主要適用于絕對差距框定下2.5m范圍內(nèi)的區(qū)域，關(guān)鍵點(diǎn)是保證作業(yè)區(qū)周邊支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。②直接破頂技術(shù)。如果巖層穩(wěn)定性較差，則可以使用破頂法，該方法需要選好開采區(qū)域，同時要做好開采設(shè)備的選擇。具體來講，該方法是采用合適的設(shè)備對巖體進(jìn)行破碎，然后利用錨固鋼絲繩來確保礦體穩(wěn)定。另外，部分坡度較大、巖層坡度呈遞減狀態(tài)的環(huán)境下，也可以直接使用破頂技術(shù)來做好支護(hù)。

4.2規(guī)范掘進(jìn)設(shè)備工作區(qū)域

在復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行采礦掘進(jìn)作業(yè)，需要根據(jù)所選設(shè)備的規(guī)格和技術(shù)特點(diǎn)，規(guī)范設(shè)備工作區(qū)域，避免影響周邊巖體穩(wěn)定，也可以避免設(shè)備互相影響。

4.3做好斷面和設(shè)備維護(hù)

在固體礦開采過程中，工作人員需要密切關(guān)注礦體結(jié)構(gòu)狀態(tài)，對相關(guān)問題和影響支護(hù)穩(wěn)定的因素進(jìn)行分析，提前制定有效的應(yīng)對措施。其主要目的是優(yōu)化管控措施，保證采礦工作安全。在復(fù)雜的地質(zhì)條件下，礦井內(nèi)部支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性尤為重要，需要在實(shí)時觀測的情況下做好加固，一般比較重要的點(diǎn)包括以下幾個方面。①處理好斷層面。在掘進(jìn)和采礦期間，地層和巖體斷面是需要重點(diǎn)關(guān)注的位置，需要采用合適的方法對斷面機(jī)械能修復(fù)，采用合適的支護(hù)方案減輕斷面壓力。②確定好截齒。針對固體礦的開采，需要選用合適的掘進(jìn)機(jī)，而掘進(jìn)機(jī)的工作質(zhì)量與截齒的品質(zhì)質(zhì)量息息相關(guān)。因此，需要在從勘察好巖體硬度、結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，從硬度、耐磨性等方面充分考慮，選用合適的截齒。在掘進(jìn)和開采過程當(dāng)中，根據(jù)巖體情況控制好切割速度，降低截齒磨損，保證安全。

5.提升復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤礦掘進(jìn)支護(hù)效果的相關(guān)對策

5.1使用模擬軟件對巷道掘進(jìn)支護(hù)進(jìn)行模擬

從當(dāng)前巷道支護(hù)情況來看，通過使用各種類型的模擬軟件，例如FLAC軟件等，將巷道當(dāng)前的地質(zhì)參數(shù)輸入到軟件中，可實(shí)現(xiàn)對巷道掘進(jìn)支護(hù)方案施工后，可能出現(xiàn)的巷道變形情況實(shí)現(xiàn)有效的模擬，從而更好地調(diào)整巷道支護(hù)方案，提升方案的針對性和科學(xué)性。同時，在模擬的過程中，還可以通過對各種模式參數(shù)的調(diào)整，確定出最終的巷道支護(hù)方案。為現(xiàn)場巷道掘進(jìn)施工提供較好的定量化支撐。

5.2使用物理實(shí)驗(yàn)的方式選擇更為合理的支護(hù)方案

物理實(shí)驗(yàn)相對于軟件模擬在一定程度上更有針對性，取得的效果也更好，特別是其可能更為直觀地掌握到巷道整體的變形情況。在具體實(shí)施的過程中，需要通過相似材料模式計算的方式，按照具體的地層結(jié)構(gòu)，設(shè)定出對應(yīng)比例的相似模擬情況，然后對巷道進(jìn)行開挖，巷道開挖后，按照對應(yīng)的巷道埋深，設(shè)定出具體的施加壓力，實(shí)現(xiàn)對巷道變形情況的直觀判斷，為現(xiàn)場施工提供出更為科學(xué)的參考參數(shù)。

5.3注重實(shí)用巷道掘進(jìn)新技術(shù)裝備

從當(dāng)前巷道掘進(jìn)支護(hù)發(fā)展情況來看，通過使用各種類型的掘進(jìn)新技術(shù)，對于提升巷道掘進(jìn)施工效果有著非常重要的意義，例如，可通過使用測定圍巖松動圈的方式，掌握巷道圍巖變形的范圍，給巷道掘進(jìn)支護(hù)設(shè)計出更為科學(xué)的參數(shù)提供出量化的依據(jù)。同時，還可以使用鉆孔窺探儀等方式，掌握巷道內(nèi)部具體的變形情況，從而深度掌握巷道變形機(jī)理。

6結(jié)束語

面對越來越深的礦產(chǎn)開采深度和越來越復(fù)雜的地質(zhì)條件，在施工中，要從施工各個環(huán)節(jié)做好施工技術(shù)控制，保證施工作業(yè)的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]蔣建設(shè).論復(fù)雜地質(zhì)條件下采礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)及應(yīng)用研究[J].中國化工貿(mào)易，2018，10（8）：85.

[2]趙西鋒.復(fù)雜地質(zhì)條件下采礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)及應(yīng)用研究

[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2017（30）：156-156.

[3]周小東.煤礦采礦工程巷道掘進(jìn)和支護(hù)安全技術(shù)應(yīng)用分析[J].消費(fèi)導(dǎo)刊，2018（37）：143.