煤炭采礦工程巷道掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用分析

（山西鄉(xiāng)寧焦煤集團(tuán)毛則渠煤炭有限公司 山西 042100）

我國煤炭資源儲量位居世界前列，其國內(nèi)煤炭資源儲量新疆、內(nèi)蒙古、山西、陜西、貴州、甘肅地區(qū)最多，國內(nèi)已探明煤炭資源儲量約為4萬多億噸。煤是一種重要能源，能夠同時使用在工業(yè)和生活中，其中北方地區(qū)對煤炭能源的使用最多。為了滿足煤炭能源的使用和進(jìn)出口要求，我國煤炭采礦工程巷道掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)不斷發(fā)展，當(dāng)前已經(jīng)極大地提高了采礦工作的安全性。

1.煤炭采礦工程巷道掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)

（1）巷道掘進(jìn)施工。煤炭采礦工程巷道掘進(jìn)施工一般指直眼掏槽和斜眼掏槽的組合施工，這種掘進(jìn)施工方法在軟巖夾層中非常有效。巷道掘進(jìn)施工技術(shù)需要將掏槽角度保持在50°-90°之間，但是掏槽斷面較大時必須增加輔助炮眼，否則巷道的施工質(zhì)量不能滿足采礦工程的要求。其中掘進(jìn)機(jī)是巷道掘進(jìn)施工中的常用設(shè)備，該設(shè)備與采煤機(jī)一同施工可以有效提高采煤效率[1]。

（2）支護(hù)技術(shù)。煤炭采礦工程巷道掘進(jìn)施工中需要設(shè)置支護(hù)頂板保證采礦工人的生命安全，而且支護(hù)技術(shù)還能夠保證采煤巷道的通風(fēng)和排水正常。如果煤炭采礦工程巷道掘進(jìn)過程中沒有采用支護(hù)技術(shù)，則巷道在煤礦的擠壓下容易出現(xiàn)坍塌，因此巷道掘進(jìn)與煤礦的距離越近就必須越重視巷道支護(hù)技術(shù)。

（3）巷道掘進(jìn)施工和支護(hù)技術(shù)的作用。煤炭采礦工程巷道支護(hù)技術(shù)能夠保證采煤工人的生命安全，而巷道本身煤炭采礦工程的安全運(yùn)輸路線，只要保證巷道的安全，即可保證煤礦開采的效率和質(zhì)量。巷道掘進(jìn)施工在經(jīng)過軟巖土層時沒有支護(hù)技術(shù)則容易出現(xiàn)坍塌事故，而巷道支護(hù)技術(shù)可以增加巷道的承載能力，從而提高整個巷道的穩(wěn)定性和安全性，因此巷道掘進(jìn)施工和支護(hù)技術(shù)非常重要[2]。

2.煤炭采礦工程巷道掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)的影響因素

（1）圍巖強(qiáng)度。煤炭采礦工程巷道周圍巖石直接支撐起整個巷道安全通行，如果圍巖強(qiáng)度不足則容易出現(xiàn)巷道塌方事故，因此圍巖強(qiáng)度足夠時則可以采用簡單的支護(hù)技術(shù)和裝置保證巷道負(fù)載能力符合要求即可。但是圍巖強(qiáng)度不足時必須通過巷道支護(hù)技術(shù)保證巷道負(fù)載能力符合要求之后才能繼續(xù)掘進(jìn)，否則只能不斷對巷道進(jìn)行加固。

（2）地質(zhì)條件。煤炭采礦工程巷道周圍的地質(zhì)條件與其掘進(jìn)速度直接掛鉤，地質(zhì)環(huán)境中儲水量小且?guī)r石強(qiáng)度不符合要求時，巷道掘進(jìn)速度比較慢，只能等待巷道支護(hù)技術(shù)完工之后才能重新提高掘進(jìn)速度。巷道中出現(xiàn)水患災(zāi)害時，采礦工程設(shè)備和設(shè)施容易在水患下被侵蝕，因此巷道掘進(jìn)之前必須對地質(zhì)條件進(jìn)行詳盡全面地調(diào)查。

（3）地應(yīng)力。煤炭采礦工程巷道受到的最大壓力就是地應(yīng)力，地應(yīng)力指的是煤炭礦山整體對巷道的壓力。如果巷道周圍山體在地應(yīng)力的壓力下發(fā)生巖體位移，巷道就有可能出現(xiàn)塌方情況。因此為了減少地應(yīng)力對煤炭礦山巷道的影響，必須保證巷道支護(hù)技術(shù)能夠起到足夠的保護(hù)作用，否則巷道時刻處在地應(yīng)力的危險之下。

3.煤炭采礦工程巷道掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

(1)巷道掘進(jìn)

①地質(zhì)勘探工作。煤炭采礦工程巷道掘進(jìn)受地質(zhì)構(gòu)造和巖土環(huán)境的影響，因此施工之前技術(shù)人員必須對巷道周圍做好地質(zhì)勘探工作，明確巷道周圍的地質(zhì)構(gòu)造信息和巖土硬度情況。目前國內(nèi)地質(zhì)勘探工作中地質(zhì)構(gòu)造方面的調(diào)查結(jié)果不夠全面，在以后的巷道掘進(jìn)中必須加強(qiáng)這一方面地質(zhì)勘探工作的質(zhì)量，保證巷道掘進(jìn)鉆孔工作的絕對安全。

②瓦斯排放工作。煤炭采礦工程巷道掘進(jìn)瓦斯排放與施工安全直接掛鉤，如果瓦斯排放不當(dāng)導(dǎo)致巷道內(nèi)部瓦斯?jié)舛冗^高，在巷道掘進(jìn)過程中出現(xiàn)安全事故的幾率也會隨之增加。因此巷道掘進(jìn)過程中必須同步提高通風(fēng)系統(tǒng)的質(zhì)量，務(wù)必保證巷道通風(fēng)系統(tǒng)可以及時將瓦斯排出。技術(shù)人員可以在巷道內(nèi)部布置瓦斯?jié)舛葯z測裝置，并且根據(jù)瓦斯即時濃度對巷道掘進(jìn)施工進(jìn)度進(jìn)行調(diào)整，防止采礦人員出現(xiàn)意外。

③通風(fēng)防塵工作。煤炭采礦工程巷道掘進(jìn)過程中會產(chǎn)生大量粉塵，掘進(jìn)施工人員和采煤工作人員長期處在巷道環(huán)境之中，肺部吸入大量粉塵對身體健康造成嚴(yán)重威脅。通風(fēng)系統(tǒng)可以保證巷道內(nèi)的粉塵快速排除，巷道內(nèi)部粉塵濃度下降則對人體造成的危害也會隨之下降。而且有些巷道掘進(jìn)設(shè)備對粉塵濃度有一定的要求，因此施工人員必須保證該設(shè)備在實(shí)際工作環(huán)境下能夠正常工作，才能在管道掘進(jìn)中使用該設(shè)備。

④落實(shí)掘進(jìn)技術(shù)。煤炭采礦工程巷道掘進(jìn)技術(shù)分為很多類型，每個類型使用的范圍和條件都存在差異，因此技術(shù)人員必須結(jié)合勘探調(diào)查結(jié)果中的巖層信息選擇符合實(shí)際情況的掘進(jìn)技術(shù)，這樣才能保證掘進(jìn)技術(shù)的落實(shí)效果符合要求。如果巖石強(qiáng)度過大，可以采用爆破法推動巷道掘進(jìn)。

(2)支護(hù)技術(shù)

①預(yù)制鋼筋混凝土支護(hù)技術(shù)。煤炭采礦工程巷道掘進(jìn)預(yù)制鋼筋混凝土支護(hù)技術(shù)主要使用吊環(huán)型前探梁對巷道進(jìn)行支撐防護(hù)，但是吊環(huán)型前探梁的使用必須根據(jù)實(shí)際情況確定其參數(shù)、數(shù)量、固定點(diǎn)，保證該支護(hù)技術(shù)能夠提高巷道掘進(jìn)的穩(wěn)定性。②錨桿支護(hù)技術(shù)。煤炭采礦工程巷道掘進(jìn)錨桿支護(hù)技術(shù)主要使用錨桿對巷道的抗變形能力進(jìn)行提高，該技術(shù)需要先對巷道進(jìn)行抗拉、抗剪能力計算，確定巷道支護(hù)錨桿的使用種類、長度、間距等參數(shù)，然后通過動態(tài)監(jiān)測技術(shù)對錨桿進(jìn)行布置，最后即可提高巷道的支護(hù)質(zhì)量。③混凝土支護(hù)技術(shù)。煤炭采礦工程巷道掘進(jìn)混凝土支護(hù)技術(shù)主要使用錨桿和混凝土兩種材料，錨桿支護(hù)固然可以起到一定的支護(hù)作用，但是實(shí)際支護(hù)效果比較有限。而混凝土和錨桿一同作為錨桿支護(hù)支架裝置，可以極大地提高巷道的支護(hù)效果。④全螺紋錨桿支護(hù)技術(shù)。煤炭采礦工程巷道掘進(jìn)全螺紋錨桿支護(hù)技術(shù)主要是一種特制的錨桿，該支護(hù)技術(shù)與錨桿支護(hù)技術(shù)并沒有本質(zhì)上的不同，只是支護(hù)材料發(fā)生了本質(zhì)上的變化，全螺紋錨桿相比普通錨桿的強(qiáng)度更高，因此該技術(shù)在巷道掘進(jìn)中起到的支護(hù)效果更好。⑤U型鋼支護(hù)技術(shù)。煤炭采礦工程巷道掘進(jìn)U型鋼支護(hù)技術(shù)主要使用U型金屬鋼架對巷道進(jìn)行支撐，該支護(hù)技術(shù)對U型鋼架的強(qiáng)度和承載力具有較高要求。當(dāng)巷道周圍巖石在礦山的擠壓下發(fā)生形變時，U型鋼支護(hù)可以對巷道起到一定的支撐作用，從而保護(hù)采礦人員的生命安全。

4.煤礦采礦工程巷道掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)的關(guān)鍵和選擇

(1)巷道掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的關(guān)鍵

①煤礦開采方式。煤礦開采方式主要分為兩種：綜合開采和炮眼爆破開采。炮眼爆破開采分別通過破煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)等流程運(yùn)用鉆機(jī)設(shè)備進(jìn)行巷道掘進(jìn)，但是這種煤礦開采方式對頂板的強(qiáng)度要求比較高，如果頂板出現(xiàn)問題必然導(dǎo)致安全事故幾率增加。②綜合開采方式。煤礦綜合開采主要利用機(jī)械設(shè)備與爆破技術(shù)完成煤礦的裝運(yùn)以及巷道的掘進(jìn)支護(hù)等工作，但是這種開采方式的工作面比較大，無法保障煤礦開采的質(zhì)量，而且煤礦爆破后的裝運(yùn)也是一大問題，其回撤和收尾技術(shù)有待完善。③復(fù)雜環(huán)境開放方式。有些煤礦開采過程中地質(zhì)情況比較復(fù)雜，不能采用單一的煤礦開采方法，必須結(jié)合每一段巷道的實(shí)際情況選擇使用綜合開發(fā)或者炮眼爆破開采方法，盡量保證巷道周圍巖石的穩(wěn)定性，防止巷道圍巖被破壞導(dǎo)致安全事故發(fā)生。

(2)巷道掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的選擇

①掘進(jìn)技術(shù)。煤炭采礦工程巷道掘進(jìn)技術(shù)的選擇必須結(jié)合實(shí)際情況而論，不同的地質(zhì)環(huán)境所適合的掘進(jìn)技術(shù)絕對不同，只有根據(jù)巷道掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)和地質(zhì)勘探結(jié)果才能保證巷道掘進(jìn)的效率和安全。②支護(hù)技術(shù)。煤炭采礦工程巷道掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)主要分為金屬支護(hù)、混凝土支護(hù)、錨桿支護(hù)、U型鋼支護(hù)、液壓支護(hù)等不同類型，但是就防止巷道周圍巖石破碎來說，U型鋼支護(hù)和錨桿支護(hù)同時使用所取得的效果最好。

5.煤礦采礦工程巷道掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)的優(yōu)化措施

（1）提高掘進(jìn)設(shè)備的性能。煤炭采礦工程巷道掘進(jìn)需要使用鉆機(jī)設(shè)備，但是有些鉆機(jī)設(shè)備的掘進(jìn)工作性能不夠穩(wěn)定，在比較復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境中不能保證正常工作，影響了整個煤礦開采的進(jìn)度，因此巷道掘進(jìn)設(shè)備最好選擇模塊化方式，便于更換零部件和維修。

（2）優(yōu)化機(jī)電一體化工藝。煤炭采礦工程巷道掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)必須對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，將現(xiàn)代遠(yuǎn)程監(jiān)控控制技術(shù)與機(jī)械設(shè)備相結(jié)合，完成巷道掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)機(jī)電一體化，這樣才能從根本上提高巷道掘進(jìn)的安全性和采煤效率，機(jī)電一體化成為巷道掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)未來的發(fā)展方向。

（3）提高巷道支護(hù)質(zhì)量。煤炭采礦工程巷道掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的質(zhì)量必須得到保障，否則巷道內(nèi)工作人員的生命安全無法得到保障。巷道薄弱之處可以采用錨梁支護(hù)，保證錨桿材料的質(zhì)量符合支護(hù)要求，及時對精度和質(zhì)量不符合要求的支護(hù)材料進(jìn)行更換。

6.結(jié)論

綜上所述，煤是人類最重要的能源之一，而我國煤礦儲量雖然比較豐富，但是有些煤礦必須在極高的巷道掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)下才能進(jìn)行開采，所以仍然需要大量從國外進(jìn)口煤礦能源。只有不斷提高采礦工程巷道掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)的質(zhì)量，才能保障煤礦順利開采和采礦工人的生命安全。因此，煤礦采礦工程巷道掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)的質(zhì)量必須得到保障，才能提高我國煤礦采礦工程的效率和安全性。