復(fù)雜地質(zhì)條件下煤礦開采掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)探討

谷政江

（重慶巨能建設(shè)集團(tuán)路橋工程有限公司，重慶 400000）

經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，人們對煤礦資源需求量持續(xù)增長，同時(shí)煤礦資源開采力度增加，不同地質(zhì)間開采條件存在差異，特別是復(fù)雜地質(zhì)條件下，開采難度及危險(xiǎn)性直線上升。采煤安全性是煤礦開采關(guān)注的核心問題，如何高效、合理應(yīng)用煤礦開采掘進(jìn)技術(shù)和支護(hù)技術(shù)，為煤礦開采提供安全保證，是目前煤礦開采企業(yè)應(yīng)著重考量的問題。煤礦開采掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)是煤礦開采核心環(huán)節(jié)，直接關(guān)乎開采工作是否有序推進(jìn)，更是煤礦開采安全保證。因此，為保證煤礦開采掘進(jìn)過程中工作面獲得良好的支撐，應(yīng)選取合理的掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)，保證礦掘進(jìn)可靠性及安全性，提升煤礦開采效率。

1 復(fù)雜地質(zhì)條件下煤礦開采面臨困難

（1）地質(zhì)復(fù)雜性。

煤礦實(shí)際開采過程中，為進(jìn)一步保證開采效率以及煤資源具有良好的質(zhì)量，通常選取歷史較長的礦區(qū)實(shí)施，此類礦區(qū)地質(zhì)條件較為復(fù)雜，核心體現(xiàn)在存在斷層較多，且礦井地壓較大，由于該因素導(dǎo)致礦區(qū)內(nèi)部地質(zhì)處于不穩(wěn)定狀況，無法保證煤礦開采安全性。周圍水文和地質(zhì)具有一定的復(fù)雜性，也會對煤礦開采造成影響，增加實(shí)際開采難度。

（2）開采困難性。

煤礦實(shí)際開采過程中，由于煤礦區(qū)域挖掘深度持續(xù)性加深，促使每個(gè)煤層地質(zhì)結(jié)構(gòu)不同程度受損，特別是頂板巖層，其變化凸顯，提升圍巖自身所受外應(yīng)力。煤礦所在區(qū)域地質(zhì)條件較為復(fù)雜，其中包含斷層較多，薄煤層礦井占比重較大，對此類煤層進(jìn)行實(shí)際開采過程中，對支護(hù)技術(shù)、選用的開采設(shè)備要求均較高。此外，礦井內(nèi)部頂板、底板等部位出現(xiàn)較為松軟狀況，都會增加出現(xiàn)破碎風(fēng)險(xiǎn)。上述開采條件下，巷道實(shí)際掘進(jìn)過程中，易出現(xiàn)變形狀況，內(nèi)部頂板和底板會產(chǎn)生一定程度收縮，增加巷道支護(hù)難度，形成前面掘進(jìn)后面修補(bǔ)的惡性循環(huán)，不利于礦區(qū)開采生產(chǎn)安全性[1]。

2 復(fù)雜地質(zhì)條件下煤礦支護(hù)技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵

2.1 掘進(jìn)主要設(shè)備的選擇

煤礦區(qū)巷道實(shí)際長度作為一個(gè)核心臨界點(diǎn)，與綜掘機(jī)和普掘機(jī)自身水平密切相關(guān)。通常狀況下，依照相關(guān)技術(shù)要求及規(guī)范，普掘機(jī)適用于長度不超過300 m的工作面巷道，若開采巷道長度超過300 m則使用綜掘機(jī)。上述分配主要是核心設(shè)備擁有自身優(yōu)劣勢，應(yīng)根據(jù)實(shí)際開采狀況選取合適的設(shè)備，確保設(shè)備機(jī)械性能及效率最大限度發(fā)揮。縮短施工準(zhǔn)備時(shí)間，作為綜掘機(jī)核心優(yōu)勢之一，為充分發(fā)揮其自身優(yōu)勢，提升實(shí)際開采生產(chǎn)效率，減少施工時(shí)間，需高度重視綜掘機(jī)選擇。實(shí)際選擇過程中，應(yīng)綜合考量各方面問題，如是否適用于巷道斷裂面、設(shè)備運(yùn)行功率等，正確選擇合理的綜掘機(jī)，為采煤掘進(jìn)提供保障[2]。

2.2 截齒選擇要點(diǎn)

截齒選取通常在掘進(jìn)設(shè)備后開展，截齒正確的選擇，直接影響煤礦開采實(shí)際效率，為進(jìn)一步保證煤礦開采可靠性，截齒實(shí)際選擇過程中，應(yīng)注意相關(guān)內(nèi)容。

截齒型號、規(guī)格，應(yīng)與上述選擇的掘進(jìn)機(jī)良好配合，提升煤礦開采生產(chǎn)效率；截齒耐磨性是選擇核心內(nèi)容之一，若選取耐磨性較低的截齒，無法在強(qiáng)度較大礦井下開展作業(yè)，影響煤礦掘進(jìn)速率。耐磨性不佳的截齒造成其他器件更換頻次增加，導(dǎo)致成本費(fèi)用支出增加，若遇見巖層硬度較大、超過掘進(jìn)設(shè)備工作范圍狀況，應(yīng)選用爆破方式完成，保證設(shè)備實(shí)際運(yùn)作安全性以及設(shè)備利用率提升。

2.3 臨時(shí)支護(hù)設(shè)備應(yīng)用

煤礦開采掘進(jìn)過程中，一般依照煤礦掘進(jìn)巷道實(shí)際狀況選用可靠性較高的臨時(shí)支護(hù)設(shè)備，其核心原理是依托綜合型掘進(jìn)設(shè)備液壓系統(tǒng)完成，臨時(shí)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用有助于提升開采工作效率，同時(shí)保證煤礦開采掘進(jìn)安全性及穩(wěn)定性，操作較為簡易，深受開采人員青睞。實(shí)際應(yīng)用臨時(shí)支護(hù)設(shè)備過程中，需要系統(tǒng)性分析掘進(jìn)設(shè)備，合理控制液壓系統(tǒng)，確保發(fā)揮最大限值。液壓系統(tǒng)自身主要由閉鎖設(shè)置控制，應(yīng)確保其自身穩(wěn)定性。

3 復(fù)雜地質(zhì)條件下煤礦開采掘進(jìn)技術(shù)分析

3.1 直接破頂支護(hù)技術(shù)

煤礦開采實(shí)際過程中，若處于斷層區(qū)域進(jìn)行開采作業(yè)，其煤礦穩(wěn)定性難以保證，尤其針對煤層地質(zhì)松軟的區(qū)域，危險(xiǎn)系數(shù)較高，針對此種地質(zhì)開采條件，選用直接破頂法應(yīng)用成效較佳。直接破頂技術(shù)主要指根據(jù)煤礦開采實(shí)際狀況，合理應(yīng)用掘進(jìn)機(jī)完成斷層定不補(bǔ)破除，促使圍巖存留穩(wěn)定性優(yōu)良的頂板，之后利用錨網(wǎng)鎖完成支護(hù)。需特別注意的是，直接破頂支護(hù)技術(shù)實(shí)施過程中，對頂板巖石自身硬度系數(shù)具有較高的要求，巖石硬度系數(shù)不超過5、落差小于2時(shí)，無法進(jìn)行支護(hù)，巖板易破碎。在坡度較大狀況下，可選用直接破頂法，降低采煤掘進(jìn)難度。

3.2 退后臥底技術(shù)

煤礦井下實(shí)際掘進(jìn)過程中，若巷道內(nèi)部出現(xiàn)斷層持續(xù)性下移狀況，如此難以保證開采人員安全性，為避免此種狀況對開采工作造成干擾，可選用退后臥底技術(shù)。

（1）頂板整體結(jié)構(gòu)具有良好的穩(wěn)定性及完整性，煤礦巷道斷面高程差值處于2.5 m內(nèi)，可選用退后臥底技術(shù)，以此加強(qiáng)錨網(wǎng)和巷道強(qiáng)度，為開采工作有序推進(jìn)提供保障。

（2）實(shí)際應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)過程中，為確保施工作業(yè)的安全性，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場施工狀況，適當(dāng)將掘進(jìn)設(shè)備后移，通常建議將其后移15 m為宜。

（3）需掘進(jìn)工作面坡度不超過自身坡度系數(shù)時(shí)，建議利用坡度不超過12°載坡作為臥底，以此完成支護(hù)作業(yè)，該技術(shù)在煤礦井下掘進(jìn)過程中，核心應(yīng)用優(yōu)勢有效降低對巷道內(nèi)圍巖結(jié)構(gòu)不利影響，大幅度提升圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。該技術(shù)工作量較大時(shí)，需耗損大量時(shí)間，所以工作人員需要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際條件，合理組織現(xiàn)場施工，確保高效、合理地應(yīng)用該技術(shù)[3]。

3.3 錨桿支護(hù)技術(shù)

錨桿支護(hù)技術(shù)作為巷道高強(qiáng)支護(hù)方案核心構(gòu)成，實(shí)際應(yīng)用該技術(shù)過程中，施工工序包含三大模塊，即錨桿組合、聯(lián)結(jié)、加固。采煤掘進(jìn)施工過程中，巷道施工會破壞原有巖層結(jié)構(gòu)，造成其自身穩(wěn)定性難以保證，為進(jìn)一步保證巷道施工安全性，提升巖層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，需要錨桿入駐可靠性較高的底層中互連聯(lián)結(jié)，確保巷道圍巖穩(wěn)定性。

錨桿支護(hù)施工過程中，應(yīng)根據(jù)開采掘進(jìn)實(shí)際狀況合理選取錨桿類型，并將其進(jìn)行合理組合，在巷道內(nèi)部形成組合梁和拱，有助于減少冒頂安全事故發(fā)生。錨桿加固作為最后環(huán)節(jié)，需根據(jù)采煤掘進(jìn)實(shí)際狀況，選取合適的錨桿群，確保巷道處于錨桿群作用下，形成一個(gè)閉合的承載體，保證錨桿整體質(zhì)量。錨桿支護(hù)與液壓支架支存在差異，錨桿支護(hù)核心強(qiáng)調(diào)充分發(fā)揮防御性支護(hù)功能，煤礦開采掘進(jìn)過程中，錨桿支護(hù)應(yīng)根據(jù)實(shí)際狀況調(diào)整，確定支護(hù)方案時(shí)應(yīng)對其周圍巖層結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行系統(tǒng)性勘查，掌握其全面的資料數(shù)據(jù)，保證支護(hù)方案適用性及合理性。

3.4 光爆錨噴網(wǎng)技術(shù)

光爆錨噴網(wǎng)技術(shù)核心原理是依托錨桿加固拱作用，對圍巖薄弱區(qū)域予以修復(fù)改善，增強(qiáng)其自身抗剪力，增強(qiáng)對巷道支護(hù)強(qiáng)度。在巷道深部布設(shè)相應(yīng)的加固拱結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)圍巖自身穩(wěn)定性，進(jìn)一步防止巷道上方圍巖出現(xiàn)松動、變形狀況，保證開采安全性同時(shí)，提升掘進(jìn)實(shí)際速率。同時(shí)，針對發(fā)生冒落風(fēng)險(xiǎn)較大的圍巖，可選用錨桿懸吊功能，將其固定在特定堅(jiān)固區(qū)域內(nèi)，利用錨桿實(shí)支撐作用對其進(jìn)行支撐，承載圍巖產(chǎn)生載荷。此外，錨桿支護(hù)擁有較強(qiáng)的補(bǔ)強(qiáng)作用，將錨桿布設(shè)于巷道周圍，一定程度降低巷道深處實(shí)際載荷，增強(qiáng)圍巖實(shí)際強(qiáng)度。光爆錨噴網(wǎng)技術(shù)通過錨桿支護(hù)在巖層部位，與薄巖層聯(lián)合形成組合梁結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)實(shí)際承載力，為煤礦開采安全性提供保障。

4 復(fù)雜地質(zhì)條件下煤礦開采掘進(jìn)技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

4.1 項(xiàng)目概況

某礦井有長達(dá)50年的開采歷史，井下新老巷道縱橫交錯(cuò)，各區(qū)域地應(yīng)力相互疊加，特別是含煤復(fù)合頂板下完成后，高地應(yīng)力造成巷道易出現(xiàn)變形、損壞等，出現(xiàn)前面掘進(jìn)、后面修補(bǔ)的情況，不僅影響開采實(shí)際效率，且無法保證安全生產(chǎn)。礦井施工長度為630 m，斷面呈現(xiàn)為矩形，寬度和高度分別是3 600、2 600 mm，掘進(jìn)區(qū)域內(nèi)五號煤層頂直接頂板為1.0～3.0 m的灰黑色泥巖，可平均采煤厚度為2.6 m。煤礦內(nèi)地質(zhì)條件復(fù)雜，局部頂板暴露發(fā)生淺部冒頂，影響實(shí)際掘進(jìn)速率。

4.2 支護(hù)方案及形式

按照該煤礦地質(zhì)實(shí)際狀況以及圍巖應(yīng)力條件，若選用單一錨帶網(wǎng)完成支護(hù)，則受原應(yīng)力作用，巷道難以保持穩(wěn)定，松動破壞從巷道上部開始，逐漸趨于下部和兩側(cè)，待其達(dá)到一定程度時(shí)，最終頂板垮落。為確保掘進(jìn)安全性，通過巖層分析選擇錨帶網(wǎng)、縮支護(hù)。

頂錨桿選用高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，聯(lián)合配備型號為L3600M4鋼帶，加掛規(guī)格為3 800 mm×1 000 mm菱形網(wǎng)；幫錨桿為螺紋錨桿配備規(guī)格為L2600M4鋼帶，加掛菱形網(wǎng)。頂、幫鋼帶處于同一直線上，中頂左右兩側(cè)800 mm為錨索，根據(jù)實(shí)際狀況進(jìn)行變更。該巷道三個(gè)月完成施工，月進(jìn)尺為210 m，使用綜掘進(jìn)施工周期縮短1.5個(gè)月，為采掘接替、工作面回采節(jié)省大量時(shí)間，創(chuàng)造良好的收益。

5 結(jié)語

復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下實(shí)施煤礦開采，不僅需要著重考量開采效率，且需要對實(shí)際開采環(huán)境進(jìn)行考量，制定有效的安全保護(hù)措施，保證煤礦開采掘進(jìn)有序?qū)嵤?。因此，?yīng)根據(jù)實(shí)際狀況選取合適的支護(hù)技術(shù)，保證開采工作順利推進(jìn)，提升煤礦開采安全性。