復(fù)雜地質(zhì)條件下礦山掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)研究

李永林

（內(nèi)蒙古平莊能源股份有限公司風(fēng)水溝煤礦，內(nèi)蒙古 赤峰 024076）

傳統(tǒng)方式下，我國的礦山開采均采用粗放式開采方式，礦山的開采技術(shù)比較落后，使得礦山的開采效率和開采施工安全均難以有效保障。我國是礦產(chǎn)資源大國，礦產(chǎn)資源非常豐富，工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展離不開礦山開采，同時(shí)隨著科學(xué)技術(shù)和社會的不斷發(fā)展，我國礦產(chǎn)資源的使用需求日益增加，使得礦山開采掘進(jìn)施工的地質(zhì)條件更加復(fù)雜，對礦山開采掘進(jìn)技術(shù)提出了更高的要求。為此，礦山開采掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。將礦山開采掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)有效應(yīng)用到復(fù)雜地質(zhì)條件下礦山掘進(jìn)施工中，能夠有效降低開采安全風(fēng)險(xiǎn)，確保開采人員的人身安全，是確保復(fù)雜地質(zhì)條件下礦企高效、穩(wěn)定、安全開采的關(guān)鍵技術(shù)，礦企應(yīng)該加強(qiáng)復(fù)雜地質(zhì)條件下礦山開采掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的重視度。

1 礦山掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用意義

通常情況下，礦山開采作業(yè)是在地下的，開采作業(yè)過程中受到的自然因素等不確定因素較多，尤其是礦井內(nèi)巷道的通風(fēng)和排水性比較差，使得隱藏的安全隱患較多，開采作業(yè)過程中的的危險(xiǎn)系數(shù)極高，極易產(chǎn)后安全事故，威脅礦企和開采作業(yè)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，嚴(yán)重阻礙正常的開采進(jìn)度。我國作為能源使用大國，礦產(chǎn)資源在社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中扮演著至關(guān)重要的角色，和人們的生產(chǎn)生活密切相關(guān)，安全問題一直以來都是礦產(chǎn)資源開采企業(yè)、國家相關(guān)部門關(guān)注的重點(diǎn)[1]。為此，為了維護(hù)好開采人員的生命財(cái)產(chǎn)安全和礦山企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，確保礦山開采作業(yè)安全、順利開展，礦企應(yīng)該加強(qiáng)開采施工人員的培訓(xùn)力度，幫助施工人員增強(qiáng)安全意識，規(guī)范自身施工行為，同時(shí)，礦企自身也應(yīng)該加強(qiáng)安全保障措施，嚴(yán)格把控礦井內(nèi)巷道的通風(fēng)性能、排水性能以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，不斷創(chuàng)新發(fā)展先進(jìn)的礦山掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)，重視開采現(xiàn)場管理，最大程度的降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

2 在復(fù)雜地質(zhì)條件下開展礦山掘進(jìn)工作面臨的困境

2.1 巷道前掘后修的工作量較大

眾所周知，礦山開采是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，開采地質(zhì)條件復(fù)雜多變，并且開采環(huán)境特別惡劣。在實(shí)際的礦山開采過程中，礦層與其頂?shù)装宓刭|(zhì)中的土質(zhì)層比較松軟，尤其是復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行巷道掘進(jìn)作業(yè)時(shí)很容易造成巷道頂?shù)装灏l(fā)生一定程度的收縮，從而導(dǎo)致巷道發(fā)生變形，嚴(yán)重的甚至?xí)l(fā)生破碎，進(jìn)而嚴(yán)重阻礙巷道的整體掘進(jìn)進(jìn)度[2]。針對這種情況，通常礦企通過在掘進(jìn)施工后進(jìn)行修補(bǔ)處理的方式進(jìn)行相關(guān)作業(yè)，以確保礦山掘進(jìn)工作的順利進(jìn)行，但是該方法具有增大巷道掘進(jìn)作業(yè)的工作量的缺點(diǎn)，在實(shí)際的礦山開采過程中有一定的局限性。

2.2 礦層地質(zhì)結(jié)構(gòu)受到破壞

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展越來越依賴于礦產(chǎn)資源，致使礦產(chǎn)資源的使用需求不斷增加，各個(gè)礦企加大了開采力度，原有的地表淺層的礦產(chǎn)資源已經(jīng)枯竭，礦層地質(zhì)結(jié)構(gòu)受到破壞，目前只能在地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的區(qū)域進(jìn)行開采，這樣不可避免的會增加開采作業(yè)的難度。尤其是梅雨季節(jié)，礦層頂板的巖石受到雨水的侵蝕，極易發(fā)生軟化嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致圍巖斷裂，促使礦山開采掘進(jìn)支護(hù)工作面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[3]。

2.3 開采薄礦層存在安全風(fēng)險(xiǎn)

礦產(chǎn)資源在我國的儲存量非常豐富，并且能源產(chǎn)區(qū)區(qū)域差異性較大，部分礦山產(chǎn)區(qū)需要開采大量的薄礦層，使得開采安全風(fēng)險(xiǎn)增大。針對這種情況，為了有效提升礦山開采掘進(jìn)支護(hù)施工的安全性，根據(jù)開采區(qū)域地質(zhì)情況合理選擇掘進(jìn)支護(hù)設(shè)備與掘進(jìn)技術(shù)，同時(shí)采用巷道回采措施。

3 復(fù)雜地質(zhì)條件下有效的礦山掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)

3.1 直接破頂技術(shù)

在礦山開采掘進(jìn)施工過程中，部分礦產(chǎn)資源產(chǎn)區(qū)的礦洞頂板上面的巖石硬度和落差距離較小，通常情況下硬度均不超過5而且落差距離不超過2m，圍巖的頂板的穩(wěn)定性較差，極易造成斷層的頂板破碎。而通過采用直接破頂技術(shù)，能夠借助于掘進(jìn)機(jī)破除斷層的頂部，促使圍巖的頂板的穩(wěn)定性增強(qiáng)，有效確保礦山開采掘進(jìn)施工順利進(jìn)行。

3.2 退后臥底技術(shù)

退后臥底技術(shù)具有增強(qiáng)圍巖穩(wěn)定性和提升礦山開采過程的安全性、可靠性的應(yīng)用優(yōu)勢，在礦山開采掘進(jìn)施工中主要適用于礦洞頂板的絕對落差不超過2.5m并且礦洞頂板的巖性穩(wěn)定性良好的礦山中。該支護(hù)技術(shù)實(shí)施支護(hù)效果，主要是指臥底處于前進(jìn)的狀態(tài)、掘進(jìn)機(jī)處于后退的狀態(tài)時(shí)進(jìn)行礦山開采挖掘作業(yè)。

3.3 錨桿臨時(shí)支護(hù)加U型鋼架技術(shù)

在礦山開采過程中，由于受到的自然環(huán)境等不確定因素較多，非常容易出現(xiàn)較大的斷層的突發(fā)情況，影響正常的開采進(jìn)度，嚴(yán)重的甚至?xí)l(fā)周圍巖石破碎或者是坍塌。針對這種情況，常采用錨桿臨時(shí)支護(hù)加U型鋼架技術(shù)。首先，應(yīng)該結(jié)合錨桿臨時(shí)支護(hù)加U型鋼架技術(shù)、臨時(shí)超前支護(hù)技術(shù)以及錨桿支護(hù)技術(shù)合理運(yùn)用，以改善臨時(shí)支護(hù)的穩(wěn)定性[4]。其次，為了有效確保工作人員的人身安全和提升礦山開采效率，應(yīng)該嚴(yán)格把控錨桿在工作過程中的傾斜角度以及錨桿與錨桿之間的距離參數(shù)，確保在合理范圍之內(nèi)，從而有效確保支護(hù)效果。

4 礦山掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

相比其他行業(yè)，礦產(chǎn)資源深藏地下，礦山開采需要通過地下作業(yè)，地下作業(yè)過程中地質(zhì)情況復(fù)雜多變，并且地下礦井的通風(fēng)情況和排水情況惡劣，還需要將礦山中開采出來的能源盡快運(yùn)輸出來，安全隱患較多，極易發(fā)生各式各樣的安全事故，嚴(yán)重的甚至?xí)霈F(xiàn)巷道整體坍塌，不僅會嚴(yán)重威脅開采作業(yè)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，而且會給礦企造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，所以礦山開采行業(yè)是高危行業(yè)[5]。隨著現(xiàn)階段社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)ΦV山的需求量日益增加，致使礦企加大了開采力度。部分礦企為了追求企業(yè)經(jīng)濟(jì)利益最大化，盲目開采，導(dǎo)致地表淺層的礦產(chǎn)資源已經(jīng)枯竭，并且隨著開采力度的加大，加劇了礦產(chǎn)資源的消耗，礦山開采挖掘的深度不斷加大，導(dǎo)致礦山開采挖掘的難度隨之增大。相關(guān)人員亟需加大礦山掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的研究，促使整個(gè)礦井巷道的可靠性和安全性有效提升。

隨著社會科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，礦山開采掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)和相關(guān)支護(hù)設(shè)備也隨之得到了發(fā)展和提升?，F(xiàn)階段，礦山中最常用的一種支付技術(shù)就是錨桿支付技術(shù)，該技術(shù)能夠支撐起整個(gè)巷道，可以最大程度提高整個(gè)巷道的強(qiáng)度，增強(qiáng)巷道的整體穩(wěn)定性，同時(shí)還能夠有效降低巷道中的安全風(fēng)險(xiǎn)，最大程度的確保礦山開采安全、穩(wěn)定、有序開展，有利于促進(jìn)形成科學(xué)、完善的礦山開采掘進(jìn)支護(hù)操作制度，已經(jīng)在礦山中被廣泛應(yīng)用。

5 復(fù)雜地質(zhì)條件下礦山掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)分析

5.1 選取正確的掘進(jìn)機(jī)型號

在實(shí)際的礦山開采過程中，掘進(jìn)機(jī)設(shè)備輔助礦山掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)來提升開采掘進(jìn)過程的安全性和穩(wěn)定性，所以選取正確的掘進(jìn)機(jī)型號尤為關(guān)鍵。常用的礦山掘進(jìn)設(shè)備主要包括普通型掘進(jìn)設(shè)備和綜合型掘進(jìn)設(shè)備兩種。首先，工作人員應(yīng)該結(jié)合礦山開采現(xiàn)場地質(zhì)情況和施工要求，選擇合適的掘進(jìn)機(jī)型號。例如，巷道長度超過300m選擇綜掘機(jī)，巷道長度在300m以內(nèi)選擇普通掘進(jìn)機(jī)[6]。其次，應(yīng)該綜合考慮掘進(jìn)機(jī)設(shè)備的截割強(qiáng)度、工作效率、機(jī)器的維修情況以及機(jī)器的結(jié)構(gòu)等因素進(jìn)行科學(xué)合理的選擇，以確保礦山開采作業(yè)的安全性和礦山開采效率。

5.2 選擇適用的截齒

掘進(jìn)機(jī)截齒在一定程度上會直接影響礦山開采的安全性和效率，因此，選擇適用的截齒也非常重要。選擇截齒的過程中應(yīng)該注重考慮截齒的強(qiáng)度和耐磨性，以有效降低掘進(jìn)作業(yè)過程中掘進(jìn)設(shè)備的磨損程度，進(jìn)而有效確保掘進(jìn)設(shè)備的掘進(jìn)進(jìn)度。需要注意的是，礦山開采掘進(jìn)作業(yè)不適用于巖石硬度偏大的巖區(qū)。

5.3 構(gòu)建合理的支護(hù)體系

構(gòu)建合理的支護(hù)體系能夠規(guī)范施工人員的施工行為，有效提升施工人員的工作效率，從而有效確保礦山開采掘進(jìn)作業(yè)安全順利開展。首先，應(yīng)該使用液壓掘進(jìn)設(shè)備配合邊坡支護(hù)措施，以確保掘進(jìn)作業(yè)支護(hù)的實(shí)際效果和支護(hù)作業(yè)的連續(xù)性[7]。其次，針對實(shí)際情況應(yīng)該合理選擇多重支護(hù)技術(shù)并用，綜合考慮掘進(jìn)設(shè)備的運(yùn)行情況和系統(tǒng)的閉鎖裝置。

5.4 合理計(jì)算支護(hù)臨界點(diǎn)

合理計(jì)算支護(hù)臨界點(diǎn)能夠有效確保支護(hù)體系的合理性與有效性，促使掘進(jìn)支護(hù)體系充分發(fā)揮其效果。通常情況下，礦山開采過程中，開采掘進(jìn)作業(yè)現(xiàn)場地質(zhì)環(huán)境極為復(fù)雜，潛藏著大量不確定的影響因素，會導(dǎo)致礦山開采掘進(jìn)作業(yè)的過程中當(dāng)掘進(jìn)深度逐漸深入時(shí)地質(zhì)條件也發(fā)生變化，增加掘進(jìn)作業(yè)的難度。針對這種情況，首先，應(yīng)該結(jié)合礦山開采掘進(jìn)作業(yè)現(xiàn)場地質(zhì)情況初步算出臨界點(diǎn)。其次，應(yīng)該統(tǒng)籌計(jì)算結(jié)果、開采環(huán)境中的大量不確定的影響因素以及實(shí)際的地質(zhì)變化情況，合理選取掘進(jìn)設(shè)備，同時(shí)選擇合適的開拓作業(yè)方法，例如，先選擇立井開拓的方法，再改為斜井開拓的做法，最后改為平硐開拓等方法，盡可能的確保開拓作業(yè)有序、有效開展。

5.5 加強(qiáng)對綜掘機(jī)配套系統(tǒng)的管理

礦山開采作業(yè)是一項(xiàng)危險(xiǎn)性極高的工作，尤其是在地質(zhì)條件相對復(fù)雜的地形區(qū)礦產(chǎn)資源開采過程中，安全風(fēng)險(xiǎn)劇增，安全事故發(fā)生率極高。加強(qiáng)對綜掘機(jī)配套系統(tǒng)的管理，能夠有效降低開采作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)，是確保礦山開采作業(yè)施工安全、有序開展的重要手段。所以，在開展對綜掘機(jī)配套系統(tǒng)的管理過程中，針對礦山開采作業(yè)過程中地質(zhì)條件和生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜多變的情況，應(yīng)該結(jié)合綜掘機(jī)的相關(guān)特性和開采作業(yè)現(xiàn)場實(shí)際情況，綜合分析統(tǒng)籌全局。同時(shí)，應(yīng)該通過建立完善的現(xiàn)場管理機(jī)制、加大相關(guān)管理人員培訓(xùn)力度等措施，強(qiáng)化相關(guān)管理人員隊(duì)伍建設(shè)，促使相關(guān)管理人員不斷提升自身綜合素質(zhì)，為礦山掘進(jìn)工作順利開展提供可靠的力量保障。另外，還應(yīng)該根據(jù)礦山開采作業(yè)具體情況，建立健全施工制度，建立嚴(yán)格的監(jiān)督管理制度，做到實(shí)時(shí)記錄綜掘機(jī)的情況，促使施工現(xiàn)場各項(xiàng)資源得到有效控制，進(jìn)而有效確保礦山開采作業(yè)進(jìn)度和效率。

綜上所述，礦產(chǎn)資源關(guān)系我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，礦山掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)能夠有效提高礦山資源的開采效率和安全性。礦企應(yīng)該不斷優(yōu)化創(chuàng)新礦山掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)，從而確保復(fù)雜地質(zhì)情況下的能源開采效果。