復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤礦采煤掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)及運(yùn)用

＊趙忠偉

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左權(quán)宏遠(yuǎn)煤業(yè)有限公司 山西 032600）

引言

現(xiàn)代化社會(huì)環(huán)境下，煤礦企業(yè)在煤礦開(kāi)采工作中，既要重視工作效率又要重視整體成本，而對(duì)于煤礦開(kāi)采這樣的特殊工作而言，安全作業(yè)既影響作業(yè)效率，同時(shí)也直接影響開(kāi)采成本，因此必須從多角度保障煤礦開(kāi)采作業(yè)安全。煤礦開(kāi)采過(guò)程中井下掘進(jìn)是重要的工作內(nèi)容，在掘進(jìn)過(guò)程中，不僅要根據(jù)煤礦具體地質(zhì)情況采取合適的掘進(jìn)方案，同時(shí)在掘進(jìn)過(guò)程中也要重點(diǎn)進(jìn)行支護(hù)加固，使用何種機(jī)械進(jìn)行掘進(jìn)、采取哪種措施進(jìn)行支護(hù)，這些都是煤礦開(kāi)采工作需要考慮的重點(diǎn)問(wèn)題。由于當(dāng)前復(fù)雜地質(zhì)條件下，煤礦相對(duì)較多，這給整體開(kāi)采工作帶來(lái)了較大難度，因此更應(yīng)重視掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)，同時(shí)認(rèn)清復(fù)雜地質(zhì)下煤礦開(kāi)采的難度，以此為基礎(chǔ)，妥善應(yīng)用于實(shí)際工作之中，這樣才能最大限度保障作業(yè)安全。

1.掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)簡(jiǎn)析

在煤礦開(kāi)采掘進(jìn)過(guò)程中，隨著掘進(jìn)長(zhǎng)度和掘進(jìn)深度的不斷增加，需要對(duì)圍巖進(jìn)行有效支護(hù)，做好支護(hù)工作是保障掘進(jìn)安全，建立相應(yīng)工作面的基礎(chǔ)。在煤礦掘進(jìn)過(guò)程中，由于掘進(jìn)深度和長(zhǎng)度不斷增加，加之掘進(jìn)過(guò)程會(huì)對(duì)圍巖造成較大的力學(xué)影響，容易出現(xiàn)圍巖層移動(dòng)變形等危險(xiǎn)情況，因此隨著掘進(jìn)工作的不斷進(jìn)行相應(yīng)的支護(hù)工作也必須到位。目前來(lái)看，掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)主要包括掘進(jìn)設(shè)備和技術(shù)的選擇以及相應(yīng)的支護(hù)技術(shù)兩部分，這兩部分工作都與煤礦地質(zhì)情況有關(guān)，其中支護(hù)作業(yè)采取錨桿支護(hù)和金屬支架支護(hù)等方式進(jìn)行，很多情況下需要采取復(fù)合支護(hù)的方式才能滿(mǎn)足復(fù)雜地質(zhì)條件下掘進(jìn)支護(hù)需求。當(dāng)前支護(hù)技術(shù)主要包括金屬支架支護(hù)、圍巖支護(hù)以及復(fù)合支護(hù)等，金屬支架支護(hù)采取直接支撐圍巖的方式加強(qiáng)其穩(wěn)定性，而錨桿支護(hù)則是通過(guò)鉆孔和錨桿嵌入的方式增加巖層之間的摩擦力同時(shí)改變巖層受力結(jié)構(gòu)來(lái)增強(qiáng)圍巖穩(wěn)定性。不論采取哪種支護(hù)技術(shù)都需要結(jié)合具體地質(zhì)情況以及掘進(jìn)工作需求來(lái)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，這樣才能最大限度保障作業(yè)安全。

2.復(fù)雜地質(zhì)條件下煤礦采煤掘進(jìn)面臨的困難

不論是何種地質(zhì)情況下的煤礦掘進(jìn)工作，隨著其掘進(jìn)的深入，頂板受力和拱狀圍巖受力情況都會(huì)發(fā)生較大變化，頂板圍巖和拱狀圍巖受力明顯增加，而在這種情況下，如不能進(jìn)行較好的支護(hù)作業(yè)很容易出現(xiàn)松動(dòng)塌方等危險(xiǎn)情況。而從復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤礦掘進(jìn)作業(yè)來(lái)看，其難點(diǎn)問(wèn)題相對(duì)較多，首先，在不同區(qū)域進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，其圍巖性質(zhì)變化比較明顯，不同區(qū)域的圍巖，在掘進(jìn)過(guò)程中，由于整體性質(zhì)不同，因此受掘進(jìn)影響而產(chǎn)生的受力變化也不同，在這種情況下，如不能做好前期勘探和作業(yè)中分析工作，很容易導(dǎo)致支護(hù)和掘進(jìn)技術(shù)應(yīng)用不合理，這是發(fā)生安全事故的重要原因。其次，由于復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行煤礦掘進(jìn)作業(yè)，多數(shù)情況下其巷道坡度相對(duì)較大，因此在角度和地質(zhì)情況的影響下，隨著掘進(jìn)工作的不斷推進(jìn)巖層受力變化情況比較明顯，在這種情況下，支護(hù)技術(shù)和具體支護(hù)技術(shù)的設(shè)計(jì)方案都要隨之變動(dòng)，這也大大增加了掘進(jìn)工作的難度。最后，由于很多煤礦企業(yè)在掘進(jìn)作業(yè)過(guò)程中支護(hù)技術(shù)發(fā)展滯后，因此，不能采取科學(xué)的支護(hù)方式來(lái)保障作業(yè)安全，企業(yè)自身具備的支護(hù)技術(shù)難以滿(mǎn)足復(fù)雜地質(zhì)條件下煤礦掘進(jìn)作業(yè)要求，這也是當(dāng)前在該類(lèi)型煤礦掘進(jìn)作業(yè)中面臨的重要問(wèn)題。

3.煤礦采煤掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

(1)掘進(jìn)方面技術(shù)應(yīng)用

①掘進(jìn)機(jī)選擇

掘進(jìn)機(jī)是煤礦采煤掘進(jìn)工作的核心設(shè)備，根據(jù)具體作業(yè)需求選擇相應(yīng)類(lèi)型的掘進(jìn)機(jī)非常重要。目前來(lái)看，掘進(jìn)機(jī)的選擇要以多方面實(shí)際因素來(lái)進(jìn)行考慮，包括煤層條件、輸送機(jī)液壓、支架等配套設(shè)備情況，當(dāng)前煤礦開(kāi)采過(guò)程中，煤層厚度可以分為極薄煤層、薄煤層、中厚煤層和厚煤層4類(lèi)，其中極薄煤層煤層厚度小于0.8m，此類(lèi)煤層由于其最小截高非常小，因此一般采用爬底掘進(jìn)機(jī)。而薄煤層，其煤層厚度在0.8～1.3m之間，當(dāng)最小截高在0.9m以?xún)?nèi)時(shí)，一般選擇騎槽式掘進(jìn)機(jī)。中厚煤層的煤層厚度在1.3～3.5m之間，此類(lèi)煤層應(yīng)選擇大功率采煤機(jī)。而后煤層由于其煤層厚度在3.5m以上，因此一般選擇大采高綜采方式進(jìn)行掘進(jìn)。

②掘進(jìn)機(jī)臨時(shí)支護(hù)

掘進(jìn)過(guò)程中由于巖層受力情況不斷發(fā)生變化，因此也需要進(jìn)行支護(hù)處理，這樣才能保障作業(yè)安全。掘進(jìn)機(jī)自身帶有液壓鎖功能，利用液壓鎖建立穩(wěn)定平面并進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)能夠有效減少掘進(jìn)作業(yè)對(duì)于附近巖層的直接影響，減少掘進(jìn)作業(yè)過(guò)程中發(fā)生巖層塌方的風(fēng)險(xiǎn)。以ZLJ20為例，該機(jī)型能夠在掘進(jìn)機(jī)作業(yè)過(guò)程中為其前方提供一定程度的超前支護(hù)，其臨時(shí)支護(hù)面積達(dá)到1.625m×1.925m，這一安全支護(hù)面積為進(jìn)一步掘進(jìn)作業(yè)提供了很好的安全保障。

③截齒選擇

截齒是掘進(jìn)作業(yè)的直接設(shè)備，其整體工作性能直接決定了掘進(jìn)作業(yè)的效率和質(zhì)量，目前來(lái)看多數(shù)截齒本身能夠適應(yīng)多數(shù)巖層，但是由于復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下巖層具體性質(zhì)隨掘進(jìn)工作的進(jìn)行會(huì)發(fā)生較大變化因此仍值得重點(diǎn)注意截齒的選擇，目前掘進(jìn)機(jī)上常見(jiàn)的截齒種類(lèi)包括U75/S100/S120/S150等類(lèi)型，其硬度相對(duì)較大，但是對(duì)于特別堅(jiān)硬的巖層而言，一般不推薦使用截齒，根據(jù)實(shí)際情況選擇其他方式處理特別堅(jiān)硬巖層能夠保障安全。

(2)支護(hù)方面技術(shù)應(yīng)用

①直接破頂

對(duì)于頂板巖層松軟，容易在掘進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)位移和塌落的煤礦，在掘進(jìn)過(guò)程中可以直接使用掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行破頂操作。掘進(jìn)機(jī)對(duì)頂板上層的松軟巖層進(jìn)行破除，然后使用錨網(wǎng)支護(hù)的方式強(qiáng)化剩余堅(jiān)硬巖層的穩(wěn)定性，使用這一方法需要注意巖層硬度以及高度差，目前普遍認(rèn)為巖層硬度大于5或者巖層高度差相對(duì)較大時(shí)，由于容易出現(xiàn)塌落的問(wèn)題一般不進(jìn)行直接破頂，應(yīng)直接考慮錨桿支護(hù)。

②退后臥底

當(dāng)斷層面在掘進(jìn)過(guò)程中朝向開(kāi)門(mén)方向的煤層出現(xiàn)下移情況時(shí)，可以考慮使用后退挑頂中的退后臥底方式。該技術(shù)主要是利用錨桿進(jìn)行頂板支護(hù)，當(dāng)掘進(jìn)工作推進(jìn)至相應(yīng)的斷層面時(shí)，查看煤層頂板與當(dāng)前巷道頂部的具體位置，如二者位置保持一致則直接使用錨桿對(duì)頂部進(jìn)行支護(hù)，注意錨桿間距，宜采取小間距（0.8-1.0m）的間距進(jìn)行支護(hù)。

③錨桿支護(hù)

很多地質(zhì)條件比較復(fù)雜的煤礦在掘進(jìn)過(guò)程中其礦區(qū)斷層落差都比較大，這種情況下巷道整體的穩(wěn)定性無(wú)法得到保障，進(jìn)一步掘進(jìn)工作受阻，面對(duì)這種情況一般采取錨桿支護(hù)搭配U型鋼的方式來(lái)保障支護(hù)效果。U型鋼的使用目的主要是為了強(qiáng)化巷道整體穩(wěn)定性，加強(qiáng)周?chē)鷰r層在掘進(jìn)應(yīng)力作用下的靜摩擦力，而在此基礎(chǔ)上使用錨桿支護(hù)方式能夠進(jìn)一步增加不同巖層之間的靜摩擦力從而起到雙重支護(hù)效果。錨桿長(zhǎng)度應(yīng)得到保障，分析塑性區(qū)的范圍，如果塑性區(qū)比較大，應(yīng)該采用全長(zhǎng)錨固式錨桿，同時(shí)對(duì)于頂板進(jìn)行錨桿支護(hù)時(shí)，要注意角度問(wèn)題，目前來(lái)看多數(shù)煤礦頂板錨桿支護(hù)角度應(yīng)貼近90°，拱巖層錨桿角度也不宜過(guò)大，應(yīng)控制在25°以?xún)?nèi)。

4.結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前我國(guó)煤炭開(kāi)采技術(shù)正穩(wěn)步提升，在煤礦掘進(jìn)作業(yè)中，要注意做好相應(yīng)的支護(hù)工作，保障掘進(jìn)工作高效安全進(jìn)行才能最大限度提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。掘進(jìn)支護(hù)作業(yè)要從掘進(jìn)技術(shù)設(shè)備應(yīng)用以及支護(hù)設(shè)備技術(shù)應(yīng)用兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行考量，在復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)，不僅要做好前期勘探工作，而且在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中也需要格外注意巖層隨掘進(jìn)作業(yè)進(jìn)行而發(fā)生的變化情況，隨時(shí)根據(jù)巖層情況調(diào)整掘進(jìn)和支護(hù)方案，這樣才能保障掘進(jìn)工作順利進(jìn)行。