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

＊王彥榮

（中陽縣應(yīng)急管理局 山西 033400）

煤礦資源作為世界能源中的重要來源，對人類的發(fā)展和生活有著重要的意義。為此世界各國都在不斷的研究如何才能夠更好地對煤礦資源進(jìn)行利用。也正因?yàn)槿绱?，煤炭資源在眾多資源當(dāng)中的地位還在不斷的提高，如今煤礦的需求量依然在不斷的增加中，煤礦巷道掘進(jìn)施工數(shù)量也逐漸增多。為了能夠更加高效的開采煤礦資源，各式各樣的開采技術(shù)不斷的研發(fā)出來，尤其是對于巷道掘進(jìn)和巷道內(nèi)的支護(hù)技術(shù)應(yīng)用更是十分廣泛。圖1為掘進(jìn)設(shè)備的示意圖。

圖1 掘進(jìn)設(shè)備示意圖

1.采礦工程中掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)技術(shù)是在掘進(jìn)施工中經(jīng)常使用的支護(hù)方式，但是隨著采礦項(xiàng)目的增多，面臨的礦井施工環(huán)境和內(nèi)部構(gòu)造也越來越復(fù)雜，在煤礦巷道掘進(jìn)施工過程中受臨近空采區(qū)以及覆巖層的影響，現(xiàn)使用的巷道支護(hù)技術(shù)和工藝仍然存在需要改進(jìn)的問題，這些問題的存在對掘進(jìn)巷道施工的質(zhì)量和安全產(chǎn)生一定的影響。經(jīng)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，我國在2018年-2020年間發(fā)生的煤礦頂板事故中，大部分都是由于支護(hù)工藝不到位、支護(hù)技術(shù)不合理所造成的。因此，為了保證煤礦施工過程中的安全性，需要對頂板支護(hù)中存在的問題進(jìn)行解決。

2.巷道掘進(jìn)與支護(hù)之間的關(guān)系

在采礦的過程當(dāng)中，經(jīng)常會為了提高施工進(jìn)度用到爆破作業(yè)的形式，為了能夠更好地達(dá)到爆破的效果就需要采用直眼掏槽（如圖1所示）和斜眼掏槽相結(jié)合的方式進(jìn)行施工。如果在挖掘的煤槽之間夾雜著夾矸這種東西就會對掏槽的過程帶來很大的麻煩，為此應(yīng)該將掏槽的角度進(jìn)行一定的調(diào)整，最好控制在45°到90°之間。而在施工的過程當(dāng)中需要進(jìn)行爆破的時(shí)候，根據(jù)需要爆破的面積大小設(shè)置不同數(shù)量的槽眼，面積越大需要的槽眼就越多，這樣在進(jìn)行爆破之后才能使巷道更加的規(guī)則。在巷道當(dāng)中進(jìn)行掘進(jìn)的時(shí)候通常會使用掘進(jìn)機(jī)，將破煤和裝煤的過程實(shí)現(xiàn)一體化，這樣對于巷道的掘進(jìn)過程可以提高效率。如果想要實(shí)現(xiàn)對煤礦的連續(xù)開采可以采用橫向切割煤礦的模式，這樣做最大的好處就是能夠?qū)⑾锏勒麄€(gè)擴(kuò)大。當(dāng)施工過程當(dāng)中開始連續(xù)采煤時(shí)，將掘進(jìn)機(jī)和回采的工藝相結(jié)合，對于生產(chǎn)效益的提升有很大的幫助。

圖2 直線掏槽掘進(jìn)炮眼布置

采礦的工作一般都是在山下或者地底深處，這就容易導(dǎo)致礦底的壓力特別大，在掘進(jìn)的過程當(dāng)中一定要考慮好巷道的安全問題，因此必須要根據(jù)煤礦的實(shí)際情況來設(shè)計(jì)出有效的方案對巷道進(jìn)行支護(hù)。在開采的過程當(dāng)中，還要保留一定數(shù)量的煤柱，對于施工單位來講，操作簡單、作用大、成本低，尤其是在發(fā)生巷道底板底鼓的情況下，預(yù)留的煤柱可以起到很好的支撐作用。因此為了保障整個(gè)掘進(jìn)過程中的安全性，要設(shè)計(jì)出合理的寬度預(yù)留出一定數(shù)量的煤柱。

3.巷道掘進(jìn)支護(hù)存在的問題

(1)支護(hù)技術(shù)缺乏合理性

一些煤礦企業(yè)在施工過程中，由于過度重視經(jīng)濟(jì)效益、為了節(jié)約生產(chǎn)成本，在進(jìn)行掘進(jìn)巷道支護(hù)工作時(shí)，采用的支護(hù)材料不能達(dá)到安全要求，例如，不同的煤層屬性和硬度不同，對支護(hù)材料的要求也各不相同，對于石炭二疊紀(jì)煤層這樣煤層松軟、斷層結(jié)構(gòu)又多的煤層，需要加強(qiáng)支護(hù)材料的質(zhì)量，因此需要施工單位在進(jìn)行巷道支護(hù)時(shí)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行支護(hù)材料的選擇，確保支護(hù)工作的有效性和安全性。

支護(hù)工作要遵循設(shè)計(jì)部門對掘進(jìn)巷道支護(hù)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行支護(hù)操作，一些設(shè)計(jì)部門在設(shè)計(jì)方案時(shí)存在盲目性，沒有根據(jù)巷道受壓狀況及巷道頂板圍巖的狀況進(jìn)行設(shè)計(jì)，對施工現(xiàn)場存在的斷層碎裂帶沒有采取合理的支護(hù)設(shè)計(jì)方案，從而留下了安全隱患，為后續(xù)頂板維護(hù)工作增加了難度。

(2)支護(hù)工藝缺少完善的安全管理

目前，煤礦企業(yè)對頂板支護(hù)工作缺少足夠的重視，沒有對頂板做好支護(hù)工作。導(dǎo)致由于在掘進(jìn)工作時(shí)出現(xiàn)頂板破裂以及頂板過斷層帶受到壓力過大，最終致使頂板下沉，如果沒有支護(hù)措施進(jìn)行保護(hù)，將會造成嚴(yán)重的煤礦頂板安全事故的發(fā)生。

在施工人員進(jìn)行巷道掘進(jìn)施工時(shí)，作為一線操作人員缺少對頂板支護(hù)安全管理，在完成支護(hù)工作之后沒有對支護(hù)失效的情況及時(shí)解決，沒有檢查支護(hù)質(zhì)量。在進(jìn)行巷道炮掘時(shí)，由于強(qiáng)烈的爆破操作，會導(dǎo)致很多支護(hù)裝置出現(xiàn)失效的情況，如果不及時(shí)采取補(bǔ)充支護(hù)措施將會留下安全隱患，造成巷道冒頂?shù)默F(xiàn)象[1]。

(3)支護(hù)設(shè)備不夠先進(jìn)

采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行頂板支護(hù)，通常用于綜合機(jī)械化掘進(jìn)巷道。但是對于巷道的空頂處，利用懸臂式掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行支護(hù)的質(zhì)量比較差、不能達(dá)到施工現(xiàn)場的支護(hù)要求，容易導(dǎo)致現(xiàn)場出現(xiàn)支護(hù)事故。

在煤礦炮掘巷道掘進(jìn)中通常利用風(fēng)動(dòng)錨索機(jī)對頂板進(jìn)行鉆眼，由于錨索機(jī)是由人工進(jìn)行操作，因此在鉆眼操作中會導(dǎo)致鉆眼的深度和角度都存在相應(yīng)的誤差，最終導(dǎo)致支護(hù)存在不合格性，達(dá)不到支護(hù)效果。支護(hù)預(yù)緊工作也是由施工人員人為進(jìn)行操作，依靠人工感覺便容易出現(xiàn)較大的誤差，導(dǎo)致支護(hù)性達(dá)不到預(yù)計(jì)要求[2]。

4.巷道掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

(1)選擇合適的巷道掘進(jìn)和支護(hù)方式

首先在最初的設(shè)計(jì)工作時(shí)就應(yīng)該盡量避免比較復(fù)雜的區(qū)域，這樣施工的時(shí)候會更加方便從而節(jié)省了人員和支護(hù)的成本?，F(xiàn)在的科技水平比較發(fā)達(dá)，可以通過數(shù)據(jù)模型的方式先進(jìn)行模擬，這樣才能保證安全性。為了能夠讓巷道掘進(jìn)的工作順利進(jìn)行所選用的設(shè)備一定要慎重，需要結(jié)合實(shí)際的情況來進(jìn)行選擇。目前我國設(shè)計(jì)出來的設(shè)備已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)在掘進(jìn)的同時(shí)進(jìn)行支護(hù)的工作。例如，在進(jìn)行軟巖巷道的掘進(jìn)和支護(hù)時(shí)，一定要進(jìn)行多次的支護(hù)工作，另外為了保證效果，還應(yīng)該在巷道的表面鋪上混凝土并且需要安裝支護(hù)網(wǎng)。為了提高巷道附近的承重能力還應(yīng)該在比較薄弱的地方增加錨固梁，這樣就能夠提高支護(hù)的效果，并且還能限制住巷道的變形。根據(jù)地形的不同，在煤礦中進(jìn)行掘進(jìn)時(shí)，為了保證掘進(jìn)的效率必須要使用最適合的掘進(jìn)設(shè)備，在使用設(shè)備的時(shí)候一定要注意工作面與頂棚之間的距離不能夠低于3m，一旦之間的距離太近，在經(jīng)過已經(jīng)出現(xiàn)破碎的頂板時(shí)就有可能將頂板刮落。并且我們現(xiàn)在所使用的懸臂式掘進(jìn)設(shè)備技術(shù)還不太成熟，無法做到在掘進(jìn)的同時(shí)對頂棚進(jìn)行支護(hù)，因此需要根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)一套如下圖的工裝能夠?qū)敯逄庍M(jìn)行臨時(shí)的加固操作，這樣便能有效的降低頂板的安全問題。

圖3 掘進(jìn)巷道絲杠式前探梁超前支護(hù)剖面

(2)掘錨一體化技術(shù)

對于西方比較發(fā)達(dá)的國家而言，對于掘錨一體化的技術(shù)研究的比較透徹。因?yàn)槔镁蝈^設(shè)備開展工作的質(zhì)量比較高，礦道的安全系數(shù)相比較之下也更加的高，還有最重要的一點(diǎn)就是應(yīng)用的范圍比較廣泛。掘錨一體的技術(shù)最主要的作用就是在礦道中進(jìn)行掘進(jìn)工作的同時(shí)對礦道進(jìn)行支護(hù)的工作，這種技術(shù)在一些頂板條件不好的巷道中比較實(shí)用，能夠同時(shí)將挖掘的進(jìn)度和巷道的安全兼顧。通過在當(dāng)前各個(gè)煤礦所反饋回來的數(shù)據(jù)顯示，掘錨一體技術(shù)能夠提高50%以上的掘進(jìn)效率，并且有效的改善了煤礦下的施工環(huán)境和掘進(jìn)設(shè)備的性能指數(shù)。由此可見掘錨一體化技術(shù)對于我國煤礦資源的開采效率和礦道的安全性能有著顯著的作用，為了能夠讓煤礦資源的開采更加順利，應(yīng)該對該項(xiàng)技術(shù)加大力度進(jìn)行開發(fā)，從而讓煤礦的挖掘更加順利。

5.結(jié)束語

煤礦是我國重要的能源，在我國的發(fā)展中占據(jù)著不可動(dòng)搖的地位，在采礦中合理應(yīng)用巷道挖掘技術(shù)和支護(hù)技術(shù)，在煤礦開采之前和開采的過程當(dāng)中要對掘進(jìn)和支護(hù)的工作進(jìn)行仔細(xì)的分析，根據(jù)煤礦當(dāng)中的實(shí)際情況來制定相應(yīng)的策略，對于掘進(jìn)和支護(hù)的工作要嚴(yán)格的進(jìn)行管理，從而提高施工的質(zhì)量，工作的效率和煤礦的開采量。