掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)在復(fù)雜地質(zhì)條件下的應(yīng)用

＊林 鵬

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)忻州窯礦 山西 037021）

煤炭資源開(kāi)采中，掘進(jìn)是非常重要的環(huán)節(jié)。但是，最近幾年良好地質(zhì)條件下的煤礦資源的數(shù)量逐漸減少，只有在更復(fù)雜的地質(zhì)條件中進(jìn)行煤炭的開(kāi)采，掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的難度更高。為此，有必要針對(duì)掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，分析在復(fù)雜的地質(zhì)條件下，怎樣能更好地應(yīng)用掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)進(jìn)行煤炭的開(kāi)采，保護(hù)煤炭開(kāi)采人員的安全，提高開(kāi)采效率。

1.煤礦掘進(jìn)的難點(diǎn)分析

我國(guó)煤礦挖掘的過(guò)程中，由于技術(shù)不足或者其他原因，容易出現(xiàn)坍塌的現(xiàn)象，不僅造成了煤礦企業(yè)的資金損失，影響煤礦開(kāi)采進(jìn)度，還對(duì)開(kāi)采工人的身體健康造成極大的威脅，危害了開(kāi)采工人的生命安全。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)在煤礦挖掘中得到了廣泛應(yīng)用，降低了煤礦挖掘的風(fēng)險(xiǎn)，并取得了一定的成效。但是，煤礦挖掘中的過(guò)程中，還存在以下幾方面的問(wèn)題：一是工作量大。煤礦開(kāi)采存在地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜的問(wèn)題，當(dāng)在地質(zhì)松軟底部開(kāi)采時(shí)，很容易出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，對(duì)煤礦開(kāi)采的整體進(jìn)度完成影響。當(dāng)煤礦巷道挖掘中出現(xiàn)破碎或坍塌時(shí)，增加了煤礦掘進(jìn)的難度，導(dǎo)致掘進(jìn)工作量增加，不僅導(dǎo)致煤礦掘進(jìn)環(huán)境發(fā)生轉(zhuǎn)變，還對(duì)相關(guān)工作人員的身心健康造成威脅，進(jìn)而降低了煤礦挖掘的速度。二是地質(zhì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。隨著煤礦掘進(jìn)深度的加深，煤礦掘進(jìn)的地質(zhì)環(huán)境發(fā)生相應(yīng)的變化，掘進(jìn)深度的加深，一方面會(huì)對(duì)煤層地質(zhì)結(jié)構(gòu)完成破壞，另一方面會(huì)增加煤礦巷道的壓力，對(duì)巷道加固工作造成更多隱患。三是安全隱患問(wèn)題。目前，我國(guó)煤炭資源分布地區(qū)的地址差異較大，在進(jìn)行煤礦開(kāi)采的過(guò)程中，需要根據(jù)不同地質(zhì)條件，采用不同的開(kāi)采方法與加固方法，以保證開(kāi)采的安全性。但是，在進(jìn)行薄煤層開(kāi)采時(shí)，經(jīng)常會(huì)采用回采的方式，進(jìn)行煤層挖掘，這種方式導(dǎo)致巷道的承重力增加，存在極大的安全隱患，需要采用相應(yīng)的掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)支持，以保障人員的生命安全。

2.掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的總結(jié)

(1)直接破頂掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)

復(fù)雜地質(zhì)條件下，可應(yīng)用直接破頂法進(jìn)行掘進(jìn)支護(hù)，具體過(guò)程為，使用掘進(jìn)設(shè)備直接沖擊斷層的頂部位置，保留其中非常穩(wěn)定的頂板圍巖，將頂板上不牢固的部分進(jìn)行消除，然后利用錨網(wǎng)索進(jìn)行錨固，以支護(hù)頂板，從而發(fā)揮支護(hù)的作用。此方法下，需要注意一些問(wèn)題，如果巷道的頂板圍巖落差值不到2m，且強(qiáng)度不到5，說(shuō)明頂板圍巖比較脆弱，掘進(jìn)可能會(huì)造成圍巖碎裂的問(wèn)題，對(duì)掘進(jìn)效果產(chǎn)生影響。其外，掘進(jìn)施工進(jìn)行中，因?yàn)榈刭|(zhì)條件非常復(fù)雜，難免會(huì)遇見(jiàn)大坡度問(wèn)題，為更好地掘進(jìn)，則應(yīng)用直接破頂進(jìn)行支護(hù)，從而保證施工現(xiàn)場(chǎng)的安全，促使掘進(jìn)施工順利進(jìn)行[1]。

(2)后退臥底掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)

如果巷道出現(xiàn)斷層情況，可使用后退臥底支護(hù)技術(shù)。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，巷道斷層落差沒(méi)有超出2.5m，斷層的頂板還比較穩(wěn)定和完整，施工人員則從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況出發(fā)，運(yùn)用錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)，對(duì)巷道圍巖進(jìn)行支護(hù)。應(yīng)當(dāng)注意，支護(hù)作業(yè)期間需要把綜合掘進(jìn)設(shè)備向后移動(dòng)15m左右的距離。施工期間土坡度不滿足綜掘機(jī)對(duì)工作面的要求，應(yīng)當(dāng)在巷道臥底設(shè)置出12°土坡，然后才能進(jìn)行后退臥底施工，以滿足最終的支護(hù)要求。

(3)臨時(shí)U鋼支護(hù)技術(shù)

煤礦開(kāi)采進(jìn)行時(shí)，不斷向深部延伸，掘進(jìn)作業(yè)會(huì)面對(duì)更加復(fù)雜的地質(zhì)條件，地質(zhì)會(huì)變的越來(lái)越險(xiǎn)峻。如果遇見(jiàn)落差非常大的斷層，但不得不進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)，則必須進(jìn)行支護(hù)的防護(hù)，才能避免坍塌和破損事故的發(fā)生。對(duì)于此種情況，應(yīng)當(dāng)從實(shí)際作業(yè)的情況著手，運(yùn)用臨時(shí)的U型支護(hù)方式進(jìn)行指出，提高巷道的可靠性。推進(jìn)掘進(jìn)施工技術(shù)后，運(yùn)用U型鋼架，實(shí)施臨時(shí)支護(hù)和超前指出，才能保證斷層穩(wěn)定。此時(shí)注意的問(wèn)題是，這是一種臨時(shí)支護(hù)的方式，在提高巷道圍巖支護(hù)可靠性上，必須綜合應(yīng)用U型鋼架支護(hù)和錨桿支護(hù)，才能更好地提高施工的安全性[2]。

(4)智能系統(tǒng)的應(yīng)用

隨著我國(guó)采礦技術(shù)的快速發(fā)展，煤礦開(kāi)采企業(yè)嘗試應(yīng)用混合智能系統(tǒng)，借助其提高巷道支護(hù)的效果。實(shí)際進(jìn)行掘進(jìn)的施工中，混合智能系統(tǒng)能對(duì)巷道圍巖性能以及強(qiáng)度進(jìn)行全面分析，將參數(shù)導(dǎo)入到相應(yīng)的軟件中，然后進(jìn)行智能化模擬和分析，也就能模擬出巷道圍巖的情況，科學(xué)預(yù)估巷道圍巖的情況，根據(jù)此進(jìn)行巷道掘進(jìn)支護(hù)。先要從云端的數(shù)據(jù)庫(kù)中找出相類(lèi)似的案例，借鑒其中適合本巷道的地方，并進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而可以提高對(duì)巷道網(wǎng)圍巖評(píng)估的準(zhǔn)確性。收集支護(hù)參數(shù)以及數(shù)據(jù)，將其輸入到智能系統(tǒng)中，利用系統(tǒng)對(duì)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，找到最佳的支護(hù)方案，才能更好地提高支護(hù)效果。

(5)安全生產(chǎn)的落實(shí)

安全生產(chǎn)對(duì)于煤礦開(kāi)采具有十分重要的作用。煤礦企業(yè)在開(kāi)采前，應(yīng)當(dāng)做好相關(guān)工作人員的安全教育工作，以保證相關(guān)工作人員的生命安全。一方面煤礦企業(yè)應(yīng)當(dāng)結(jié)合安全生產(chǎn)要求，進(jìn)行安全檢查工作的開(kāi)展，不斷發(fā)展煤礦生產(chǎn)中存在的安全隱患，并采取相應(yīng)的解決措施，為相關(guān)人員生產(chǎn)提供安全的環(huán)境。同時(shí)，煤礦企業(yè)也應(yīng)當(dāng)結(jié)合安全生產(chǎn)需求，進(jìn)行安全防護(hù)措施的落實(shí)，做好生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的安全防范，為相關(guān)工作人員創(chuàng)建安全的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。此外，煤礦企業(yè)應(yīng)當(dāng)實(shí)施安全責(zé)任制度，把安全監(jiān)管責(zé)任落實(shí)到個(gè)人，提高負(fù)責(zé)人的責(zé)任意識(shí)，使得安全負(fù)責(zé)人可以配合安全防范工作的開(kāi)展，加大對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的安全隱患排查工作，做好整改措施，并對(duì)生產(chǎn)人員的不正規(guī)操作進(jìn)行指導(dǎo)，降低煤礦生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。另一方面煤礦企業(yè)應(yīng)當(dāng)做好相關(guān)工作人員的安全教育工作，通過(guò)安全教育，提高相關(guān)工作人員的安全意識(shí)，在煤礦生產(chǎn)中做好自身防護(hù)工作，不僅可以保護(hù)相關(guān)工作人員的生命安全，還可以加深相關(guān)工作人員對(duì)于安全生產(chǎn)的印象，及時(shí)發(fā)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)中存在的隱患，并匯報(bào)給安全負(fù)責(zé)人，做好煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的安全檢查落實(shí)，保證煤礦生產(chǎn)的順利開(kāi)展。

3.復(fù)雜地質(zhì)條件下，掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)

(1)科學(xué)選擇掘進(jìn)機(jī)的型號(hào)

針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件進(jìn)行掘進(jìn)支護(hù)，所用掘進(jìn)機(jī)械設(shè)備的合理性，有助于提高掘進(jìn)支護(hù)過(guò)程的穩(wěn)定性和安全性，所以必須科學(xué)地選擇掘進(jìn)機(jī)的型號(hào)。常見(jiàn)掘進(jìn)機(jī)械設(shè)備分成普通型號(hào)以及綜合型掘進(jìn)設(shè)備。想要正確選擇掘進(jìn)機(jī)型號(hào)，技術(shù)人員必須從煤礦的地質(zhì)真實(shí)情況以及掘進(jìn)要求出發(fā)，最后確定使用哪一型號(hào)的掘進(jìn)機(jī)。當(dāng)巷道的長(zhǎng)度超出300m的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)選擇綜合掘進(jìn)機(jī)，當(dāng)巷道長(zhǎng)度少于300m，可以使用普通掘進(jìn)機(jī)。另外，技術(shù)人員要考量掘進(jìn)機(jī)的工作效率、截割強(qiáng)度、機(jī)器維修情況、機(jī)器結(jié)構(gòu)這些因素，綜合分析對(duì)比之后，選擇最合適的掘進(jìn)機(jī)，以此保證掘進(jìn)支護(hù)安全可靠的進(jìn)行[3]。

(2)保證截齒適用于掘進(jìn)

煤礦開(kāi)采過(guò)程中，掘進(jìn)支護(hù)中掘進(jìn)機(jī)的截齒可能會(huì)影響到掘進(jìn)作業(yè)時(shí)的效率和安全性，所以一定要保證截齒適合本工作面的掘進(jìn)。截齒選擇的時(shí)候，要看重截齒耐磨性和強(qiáng)度，這樣可增強(qiáng)截齒在掘進(jìn)過(guò)程中的耐磨強(qiáng)度，進(jìn)而減少磨損程度，才能快速進(jìn)行掘進(jìn)，也能保證掘進(jìn)的安全性。如果巖石硬度過(guò)大，需要考慮運(yùn)用其他方式進(jìn)行掘進(jìn)。

(3)支護(hù)體系的合理性

復(fù)雜地質(zhì)條件下，掘進(jìn)工作中必須保證支護(hù)體系的合理性，一方面可以約束施工人員的行為，提高作業(yè)效率；另一方面可以保證掘進(jìn)安全，保證掘進(jìn)順利推進(jìn)。例如，可以利用液壓掘進(jìn)機(jī)械與邊坡支護(hù)措施進(jìn)行配合，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)支護(hù)的目的，保證支護(hù)連續(xù)性。再比如，可運(yùn)用綜合支護(hù)方式，對(duì)掘進(jìn)設(shè)備情況進(jìn)行綜合考慮，選擇合適的支護(hù)方式。

(4)正確計(jì)算支護(hù)的臨界點(diǎn)

掘進(jìn)支護(hù)作業(yè)中，必須就支護(hù)體系的支護(hù)臨界點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，才能保證支護(hù)的有效性和合理性，充分發(fā)揮掘進(jìn)支護(hù)的積極作用。一般情況下，煤礦開(kāi)采過(guò)程中，掘進(jìn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件非常復(fù)雜，存在著許多不確定因素，極大程度上提高了掘進(jìn)的難度，提高了掘進(jìn)的危險(xiǎn)性。為此，必須就掘進(jìn)作業(yè)工作面的地質(zhì)情況進(jìn)行全面分析，給出支護(hù)臨界點(diǎn)。之后要綜合考量開(kāi)采環(huán)境中不確定因素、支護(hù)臨界點(diǎn)計(jì)算值、可能出現(xiàn)的地質(zhì)變化，選擇合適的掘進(jìn)設(shè)備，在最佳方式下進(jìn)行掘進(jìn)。比如，可以在初始階段運(yùn)用立井開(kāi)拓方式，之后運(yùn)用斜井開(kāi)拓方式，接下來(lái)可使用平硐開(kāi)拓方式，這樣有順序、合理地進(jìn)行開(kāi)拓，可保證掘進(jìn)的安全性。

(5)提高管理綜掘機(jī)配套系統(tǒng)的力度

復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行掘進(jìn)支護(hù)，作業(yè)人員會(huì)面臨著非常多的危險(xiǎn)，安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)極高，安全事故的發(fā)生率也比較高，為此，一定要加強(qiáng)對(duì)各方面的管理，尤其是對(duì)綜掘進(jìn)機(jī)配套系統(tǒng)的管理。強(qiáng)化此方面管理，可保證各項(xiàng)配套完善，也能提高掘進(jìn)機(jī)的完整度，從而減小掘進(jìn)作業(yè)出現(xiàn)安全事故的風(fēng)險(xiǎn)，以保證煤礦開(kāi)采的安全進(jìn)行。此方面的管理應(yīng)當(dāng)從多個(gè)方面著手，首先，從掘進(jìn)支護(hù)所面對(duì)的復(fù)雜地質(zhì)條件出發(fā)，分析地質(zhì)條件的特殊性，給出最佳的配套方案，綜合多個(gè)方面進(jìn)行分析，以統(tǒng)籌全局。其次，建立健全掘進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)的管理機(jī)制，加強(qiáng)對(duì)掘進(jìn)作業(yè)人員的培訓(xùn)，建立綜合素質(zhì)高的掘進(jìn)支護(hù)工作隊(duì)伍，不斷提升他們的綜合素質(zhì)和業(yè)務(wù)能力，才能促使他們積極進(jìn)行掘進(jìn)支護(hù)，以高度的安全意識(shí)進(jìn)行掘進(jìn)支護(hù)。最后，從煤礦開(kāi)采的實(shí)際情況出發(fā)，制定完善的掘進(jìn)支護(hù)規(guī)范，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督，實(shí)時(shí)對(duì)綜掘進(jìn)機(jī)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)督，保證綜掘機(jī)始終保持良好狀態(tài)進(jìn)行掘進(jìn)，從而提高掘進(jìn)的效率，也能保證掘進(jìn)安全性。

4.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件的掘進(jìn)支護(hù)工作，必須從具體情況出發(fā)，選擇合適的掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)，同時(shí)應(yīng)用合適的掘進(jìn)設(shè)備，做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，才能更好地保證掘進(jìn)安全性，降低掘進(jìn)支護(hù)事故發(fā)生概率。