復(fù)雜地質(zhì)條件下有效的礦山掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)

朱國(guó)璽

（酒泉鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

很長(zhǎng)一段時(shí)間以來(lái)，由于我國(guó)采用的傳統(tǒng)采礦方法比較粗放，存在采礦技術(shù)相對(duì)落后，難以保證采礦的生產(chǎn)效率和施工安全等問題。同時(shí)，由于我國(guó)是一個(gè)擁有大量礦產(chǎn)的國(guó)家，礦產(chǎn)資源十分豐富，而工業(yè)的發(fā)展也離不開礦產(chǎn)資源的支持，而隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)的進(jìn)步，對(duì)礦產(chǎn)資源的利用也越來(lái)越頻繁，由此進(jìn)一步提升了對(duì)礦井掘進(jìn)技術(shù)要求。在此基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了礦山巷道掘進(jìn)支護(hù)。在復(fù)雜地質(zhì)條件下，將礦井掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)有效地運(yùn)用于礦井的開采過程中，一方面可以有效地減少開采安全隱患，保障礦工的生命安全，另一方面該技術(shù)也屬于采礦業(yè)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，相關(guān)的礦產(chǎn)企業(yè)一定要格外重視礦山開采過程中的掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)[1]。

1 礦山開采過程中的不利因素分析

目前，考慮到礦井地質(zhì)情況比較復(fù)雜，技術(shù)人員在礦井開采時(shí)必須綜合考慮各種影響因素，根據(jù)不同的影響因素，采用適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)技術(shù)，保證開采掘進(jìn)作業(yè)的安全，從而保證礦山的正常生產(chǎn)[2]。一般情況下，在礦山采掘作業(yè)的過程中，由于地質(zhì)條件的限制，導(dǎo)致礦井周邊圍巖較為疏松，容易發(fā)生破裂。同時(shí)，在礦山開采的過程中，由于受到地下水的侵蝕，容易導(dǎo)致巷道的軟化以及圍巖層被破壞，進(jìn)而為開采過程中的巷道支護(hù)工作帶來(lái)了不利影響。此外，若圍巖的強(qiáng)度低，很容易對(duì)礦井巷道的穩(wěn)定產(chǎn)生不利的影響，而且在礦井的采掘中，如果掘進(jìn)技術(shù)使用不當(dāng)，則很容易導(dǎo)致地質(zhì)條件出現(xiàn)變化，進(jìn)而對(duì)礦井的安全帶來(lái)一定的負(fù)面影響。舉例來(lái)說(shuō)，在一些地質(zhì)條件不穩(wěn)定的區(qū)域，在壓力影響下，會(huì)產(chǎn)生集中應(yīng)力問題，從而直接影響礦產(chǎn)開采工作的安全。

2 礦山掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用意義

一般情況下，礦山生產(chǎn)工作在地下開展。結(jié)合上文可知，在礦山開采過程中，存在諸多安全因素。尤其是很多礦井均處于地下，其整體的通風(fēng)能力和排水能力較差，稍有不當(dāng)就會(huì)出現(xiàn)安全事故，一旦出現(xiàn)安全事故，不僅會(huì)直接影響礦山企業(yè)的正常經(jīng)營(yíng)和生產(chǎn)，嚴(yán)重的還會(huì)直接危及作業(yè)人員的身體健康和生命安全。我國(guó)是一個(gè)礦產(chǎn)資源豐富的國(guó)家，在工業(yè)生產(chǎn)過程中，需要消耗大量的礦產(chǎn)資源[3]。采礦業(yè)對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有至關(guān)重要的意義和作用。當(dāng)前，隨著安全理念深入人心，政府部門已經(jīng)深刻意識(shí)到了礦產(chǎn)資源開采安全的重要性，一旦出現(xiàn)開采事故，會(huì)造成惡劣的社會(huì)影響。鑒于此，相關(guān)的礦產(chǎn)企業(yè)在日常的生產(chǎn)過程中，要強(qiáng)化對(duì)礦工的培訓(xùn)，通過各種培訓(xùn)方式提升其安全意識(shí)，對(duì)其采礦作業(yè)行為進(jìn)行規(guī)范。同時(shí)，礦產(chǎn)企業(yè)自身也要充分強(qiáng)化安全保障工作，通過做好采礦掘進(jìn)工作的支護(hù)工作來(lái)防止冒頂事故出現(xiàn)，采取必要措施來(lái)加強(qiáng)巷道內(nèi)的通風(fēng)能力和排水能力，采取各種措施來(lái)提升巷道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，敢于應(yīng)用先進(jìn)的掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)來(lái)規(guī)避掘進(jìn)安全風(fēng)險(xiǎn)[4]。

3 在復(fù)雜地質(zhì)條件下開展礦山掘進(jìn)工作面臨的困境

3.1 巷道前掘后修的工作量較大

結(jié)合大量的礦山開采案例進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，礦產(chǎn)資源開采工作具有一定的復(fù)雜性和綜合性。受到開采區(qū)域地質(zhì)條件等因素的影響，導(dǎo)致其整體的開采環(huán)境非常惡劣。此外，在實(shí)際采礦作業(yè)過程中，如果巷道頂板以及底板區(qū)域的巖石結(jié)構(gòu)相對(duì)松散，在一些地質(zhì)條件復(fù)雜的區(qū)域中，松散的巖石容易導(dǎo)致巷道頂?shù)装瀹a(chǎn)生收縮，嚴(yán)重的會(huì)直接導(dǎo)致巷道發(fā)生變形，時(shí)間一長(zhǎng)，在掘進(jìn)作業(yè)中可能會(huì)出現(xiàn)巷道崩塌現(xiàn)象，會(huì)直接影響礦山開采工作安全以及整體掘進(jìn)作業(yè)的效率[5]。鑒于此，為了有效解決上述問題，很多礦產(chǎn)企業(yè)往往會(huì)在開采的過程中，采取“前掘后修”的方法來(lái)進(jìn)行作業(yè)，以此來(lái)確保礦井的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。雖然該技術(shù)可以顯著提升掘進(jìn)工作的安全性，但是也增加了井下作業(yè)人員的工作量，在實(shí)際的生產(chǎn)過程中容易受到限制。

3.2 礦層地質(zhì)結(jié)構(gòu)受到破壞

社會(huì)生產(chǎn)力的不斷提升和工業(yè)的不斷發(fā)展在一定程度上增加了對(duì)礦產(chǎn)資源的需求。受到大環(huán)境的影響，我國(guó)各個(gè)礦業(yè)公司也強(qiáng)化了礦產(chǎn)資源的開采力度。現(xiàn)階段，原本處于淺表地層的礦產(chǎn)資源已經(jīng)趨于被消耗殆盡，長(zhǎng)時(shí)間的開采工作也開采區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響，很多開采區(qū)域都出現(xiàn)了采空區(qū)，其原有的地質(zhì)結(jié)構(gòu)被破壞。

為了獲取更多礦產(chǎn)資源，現(xiàn)階段只能在地質(zhì)條件和環(huán)境比較復(fù)雜的區(qū)域進(jìn)行開采，由此增加了開采工作的難度和復(fù)雜性。尤其是在夏季進(jìn)行開采的過程中，如果礦區(qū)經(jīng)常降雨，此時(shí)礦體頂部的巖體會(huì)因降雨影響出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，嚴(yán)重的甚至?xí)斐蓢鷰r的破壞，這就給礦山的掘鑿支護(hù)作業(yè)帶來(lái)了極大的困難[6]。

3.3 開采薄礦層存在安全風(fēng)險(xiǎn)

我國(guó)礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量十分豐富，而不同地區(qū)間礦產(chǎn)資源分布差異很大，為了迎合礦產(chǎn)資源開采需求，少數(shù)礦產(chǎn)企業(yè)要求針對(duì)薄礦層進(jìn)行開采，由此進(jìn)一步強(qiáng)化了礦產(chǎn)開采工作的安全隱患。同時(shí)為了進(jìn)一步強(qiáng)化開采掘進(jìn)作業(yè)的安全性，要求礦產(chǎn)企業(yè)要根據(jù)開采區(qū)域的實(shí)際情況進(jìn)行開采，選擇合適的開采設(shè)備和支護(hù)技術(shù)，以此來(lái)確保薄礦層開采安全[7]。

4 軟巖巷道在復(fù)雜地質(zhì)情況下的變形成因

軟巖主要是由脆性較高且具有風(fēng)化特征的巖體構(gòu)成的一類巖體，如果在實(shí)際的開采過程中，遭遇軟巖巷道，則需要提前做好軟巖巷道的支護(hù)工作。考慮到軟巖巷道存在結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定以及支護(hù)難度高等問題，雖然目前會(huì)應(yīng)用先進(jìn)的支護(hù)技術(shù)進(jìn)行支護(hù)，但是在某些條件下，支護(hù)技術(shù)依然存在一定的問題，難以確保掘進(jìn)工作質(zhì)量[8]。當(dāng)前，我國(guó)國(guó)內(nèi)針對(duì)軟巖巷道進(jìn)行支護(hù)的過程中，往往會(huì)采用錨索支護(hù)技術(shù)，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)在巷道深處進(jìn)行支護(hù)，可以顯著提升巷道的穩(wěn)定性和安全性，為后期的掘進(jìn)作業(yè)創(chuàng)造便捷條件。綜合來(lái)看，導(dǎo)致軟巖巷道出現(xiàn)巷道變形的一個(gè)核心因素為高應(yīng)力影響。此外，如果軟巖巷道兩幫出現(xiàn)的位移或者頂板出現(xiàn)了下沉，還可能會(huì)導(dǎo)致巷道產(chǎn)生斷面問題。同時(shí)，巷道底板如果出現(xiàn)問題，也可能會(huì)影響巷道的穩(wěn)定性。此外，根據(jù)巷道底板的受力情況進(jìn)行分析可知，在沒有支撐的情況下，針對(duì)巷道的持續(xù)性開挖會(huì)使本來(lái)施加在基巖上的豎向壓力減輕，進(jìn)而導(dǎo)致巷道出現(xiàn)變形。如果巷道處于斜交條件，巷道頂板會(huì)破壞另一邊的巷道，造成了底板的損壞。底鼓發(fā)生后，巷道巖體會(huì)出現(xiàn)充填、軟化等現(xiàn)象，從而使得巖層強(qiáng)度下降導(dǎo)致巷道變形，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致巷道崩塌。

5 復(fù)雜地質(zhì)條件下有效的礦山掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)

5.1 直接破頂技術(shù)

針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下的礦山掘進(jìn)進(jìn)行支護(hù)的過程中，可以采取以下支護(hù)技術(shù)。如可以直接采用直接破頂支護(hù)技術(shù)。在礦山掘進(jìn)作業(yè)過程中，考慮到部分礦產(chǎn)資源礦區(qū)的頂層上方的巖體硬度較小，其頂層巖體之間的落差距離較小。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，巖體硬度數(shù)值不超過5，巖體之間的落差距離在2m以內(nèi)，這類巖體整體的穩(wěn)定性較差，一旦出現(xiàn)斷裂，容易導(dǎo)致頂板出現(xiàn)破裂。鑒于此，在具體的開采作業(yè)過程中，可以因公直接破頂技術(shù)進(jìn)行支護(hù)。即應(yīng)用掘進(jìn)機(jī)設(shè)備直接破除斷裂頂層，以此來(lái)顯著提升頂板的穩(wěn)定性，確保后期掘進(jìn)作業(yè)工作的順利開展[9]。

5.2 退后臥底技術(shù)

退后臥底技術(shù)在提高礦井的圍巖穩(wěn)定性、提高礦井的安全性和可靠性方面有很大的應(yīng)用價(jià)值。將該支護(hù)技術(shù)應(yīng)用于掘進(jìn)作業(yè)過程中，主要適合應(yīng)用于巷道高度不大于2.5m且圍巖穩(wěn)定性較好的區(qū)域。

5.3 錨桿臨時(shí)支護(hù)加U型鋼架技術(shù)

在礦產(chǎn)資源開采的過程中，由于各種不穩(wěn)定因素的存在，很有可能會(huì)發(fā)生大范圍的斷層，從而影響到礦產(chǎn)資源的正常開采和生產(chǎn)工作，嚴(yán)重的還可能導(dǎo)致附近的巖石崩塌。在此基礎(chǔ)上，可以應(yīng)用錨桿臨時(shí)支護(hù)加U型鋼架技術(shù)進(jìn)行支護(hù)。首先，相關(guān)的技術(shù)人員可以利用錨桿臨時(shí)支護(hù)和U型鋼架技術(shù)以及臨時(shí)超前支護(hù)技術(shù)以及錨桿支護(hù)技術(shù)合理運(yùn)用，來(lái)顯著提升支護(hù)效果。其次，為了確保掘進(jìn)作業(yè)工作人員的生命安全，在實(shí)際的作業(yè)過程中，要嚴(yán)格控制錨桿的作業(yè)傾斜角度和錨桿之間的距離參數(shù)，將其控制在可控范圍內(nèi)，以此來(lái)確保支護(hù)效果。

6 礦山掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

與其他產(chǎn)業(yè)不同，礦產(chǎn)隱藏在地底深處，采礦必須在地下進(jìn)行，在地下開采的過程中，其地質(zhì)條件非常復(fù)雜，且通風(fēng)條件和排水條件都很差，必須盡快將地下的礦產(chǎn)資源輸送出去，由此提升了該行業(yè)的危險(xiǎn)性，稍有不慎就很容易引發(fā)各種安全事故，嚴(yán)重的話，可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)巷道崩塌，不但對(duì)礦工的生命構(gòu)成了極大的威脅，也會(huì)對(duì)礦產(chǎn)企業(yè)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)造成很大的影響，因此，采礦業(yè)是一個(gè)高危行業(yè)。隨著社會(huì)生產(chǎn)力水平的不斷提升和工業(yè)的發(fā)展，對(duì)礦產(chǎn)資源的需求量也在不斷攀升，由此產(chǎn)生了越來(lái)越多的中小型礦產(chǎn)資源開采企業(yè)。一些礦產(chǎn)企業(yè)為了獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益而盲目的開采，致使表層淺層的礦藏資源逐漸枯竭，而隨著開采強(qiáng)度的增加，礦體的采掘深度越來(lái)越大，使得采礦工作的難度也越來(lái)越大。目前，有關(guān)部門急需加強(qiáng)對(duì)煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的研究，以提高煤礦整體的安全和可靠性。

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展下，礦井的巷道支護(hù)技術(shù)及相應(yīng)的支撐裝備也在不斷地發(fā)展和提高。目前，在礦山開采中使用最多的支護(hù)方式是錨桿支護(hù)技術(shù)，這種技術(shù)可以將整條巷道支撐起來(lái)，使整個(gè)巷道的整體強(qiáng)度得到最大地提升，而且還可以有效地減少安全隱患，保證礦山的安全、穩(wěn)定性。在礦產(chǎn)資源開采過程中，先進(jìn)的支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)提升開采安全性具有顯著意義。

7 復(fù)雜地質(zhì)條件下礦山掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)分析

7.1 選取正確的掘進(jìn)機(jī)型號(hào)

在實(shí)際礦井生產(chǎn)中，為了提高掘進(jìn)作業(yè)的安全性以及穩(wěn)定性，要采用掘進(jìn)機(jī)設(shè)備來(lái)提升礦山掘進(jìn)作業(yè)的穩(wěn)定性，由此一定要選擇正確的掘進(jìn)機(jī)型號(hào)。在實(shí)際地下掘進(jìn)作業(yè)過程中，常用的掘進(jìn)機(jī)設(shè)備分為普通款和綜合款。要求礦山掘進(jìn)作業(yè)人員要根據(jù)實(shí)際的地質(zhì)條件和掘進(jìn)工作需求進(jìn)行選擇。舉例來(lái)說(shuō)，可以針對(duì)巷道的長(zhǎng)度挑選合適的掘進(jìn)作業(yè)設(shè)備，如果巷道的長(zhǎng)度超過300m，則采用綜合款掘進(jìn)機(jī)設(shè)備。如果巷道的長(zhǎng)度不足300m，則可以應(yīng)用普通款掘進(jìn)設(shè)備。除此之外，還可以根據(jù)掘進(jìn)設(shè)備的工作效率、機(jī)器維修狀況、機(jī)械結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行科學(xué)、合理的選取，從而保障掘進(jìn)工作的安全性，提升掘進(jìn)工作效率。

7.2 選擇適用的截齒

在一定程度上，掘進(jìn)機(jī)的截齒將直接影響到礦井的安全和生產(chǎn)效率，所以選用合適的截齒也是十分必要的。為了有效地減少掘進(jìn)設(shè)備在掘進(jìn)中的磨損，從而有效地保證掘進(jìn)裝備的正常使用。必須指出，礦井掘進(jìn)不適合在巖體堅(jiān)硬程度較高的地區(qū)進(jìn)行。

7.3 建立合理的支護(hù)系統(tǒng)

建立一個(gè)合理的支護(hù)系統(tǒng)，可以規(guī)范施工工人的工作，提高工人的工作效率，保證礦井生產(chǎn)的安全和穩(wěn)定。首先，可以采用液壓掘進(jìn)與邊坡的支護(hù)措施相結(jié)合的方法來(lái)保證支護(hù)的實(shí)際效果，以此來(lái)確保支護(hù)工作的連續(xù)性。其次，根據(jù)掘進(jìn)作業(yè)的實(shí)際情況，合理選用多種支護(hù)技術(shù)綜合應(yīng)用的方式進(jìn)行支護(hù)，以此來(lái)提升支護(hù)效果。

7.4 支護(hù)臨界值的合理計(jì)算

合理的支護(hù)臨界值可以有效地保證支護(hù)系統(tǒng)的合理性和有效性，從而使其最大限度地發(fā)揮其作用。在礦井掘進(jìn)作業(yè)過程中，考慮到巷道所處的地質(zhì)條件十分復(fù)雜，存在著許多不確定因素，在實(shí)際掘進(jìn)過程中，隨著巷道掘進(jìn)深度的不斷加深，地質(zhì)條件也會(huì)隨之發(fā)生改變，給整體的掘進(jìn)作業(yè)工作帶來(lái)了困難。針對(duì)這一狀況，應(yīng)根據(jù)掘進(jìn)施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件，初步確定支護(hù)臨界值。同時(shí)，在綜合考慮支護(hù)臨界值計(jì)算結(jié)果、開采環(huán)境中存在的諸多不確定性因素和地質(zhì)條件的變化等因素的基礎(chǔ)上，合理地選用掘進(jìn)設(shè)備，并采取適當(dāng)?shù)拈_拓方式，比如可以先采用豎井開拓，再采用斜巷開拓，最后再到平巷開拓的開拓方式，以此來(lái)確保掘進(jìn)作業(yè)的質(zhì)量，保障掘進(jìn)開拓作業(yè)有序、有效地進(jìn)行。

7.5 加強(qiáng)對(duì)綜掘機(jī)配套系統(tǒng)的管理

礦產(chǎn)資源采掘是一種具有高度危險(xiǎn)性的工作，特別是在地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜的地區(qū)，存在著極大的安全隱患和較高的安全隱患。鑒于此，可以通過強(qiáng)化對(duì)綜掘機(jī)配套系統(tǒng)的管理工作來(lái)確保掘進(jìn)工作質(zhì)量，減少掘進(jìn)工作面臨的安全問題，確保后續(xù)工作的開展。因此，在進(jìn)行綜采配套系統(tǒng)的管理時(shí)，要考慮礦井的地質(zhì)、生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜多變等特點(diǎn)，綜合考慮綜采工作的相關(guān)，以及采礦作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況。

例如可以通過加強(qiáng)相關(guān)管理人員的管理，做好采掘技術(shù)人員的培訓(xùn)工作等方式來(lái)為掘進(jìn)作業(yè)工作的順利開展提供強(qiáng)有力的保障。同時(shí)，也要結(jié)合開采區(qū)域的實(shí)際情況，構(gòu)建科學(xué)的采掘工作制度，通過對(duì)掘進(jìn)工作綜合情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤，來(lái)保證礦井的各種資源得到有效的控制，從而保證掘進(jìn)作業(yè)的質(zhì)量和礦產(chǎn)資源開采效率。

7.6 錨桿支護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)探討

7.6.1 頂板爆破法

采用鉆機(jī)對(duì)斷層頂板進(jìn)行撞擊時(shí)，可消除不穩(wěn)定區(qū)域，從而顯著提高頂板整體穩(wěn)定性，并與錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)相結(jié)合，可使頂板的穩(wěn)定性得到加強(qiáng)。當(dāng)巖體硬度低于50N/100 cm（布氏硬度2）或錯(cuò)動(dòng)距離小于2m時(shí)，易發(fā)生斷裂破壞，此時(shí)不宜采用該技術(shù)[10]。

7.6.2 倒置式潛入

在礦山地質(zhì)條件復(fù)雜的情況下，必須針對(duì)礦井的地質(zhì)特征，科學(xué)地選用相應(yīng)的支護(hù)技術(shù)。當(dāng)斷裂帶高度不超過2.5m時(shí)，當(dāng)?shù)V井的巖層強(qiáng)度達(dá)到礦井安全要求時(shí)，必須采用上述技術(shù)，以保證礦井的整體安全。

7.6.3 重點(diǎn)做好監(jiān)督管理工作

在錨網(wǎng)和金屬拱形支架支護(hù)方案不同時(shí)，必須進(jìn)行錨網(wǎng)監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)范圍包括兩幫位移速度、頂板離層監(jiān)測(cè)、變形等，為有效推廣支護(hù)技術(shù)，提高礦井安全生產(chǎn)水平。

8 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，礦產(chǎn)資源開采是影響我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，由于礦產(chǎn)資源開采工作具有一定的難度和危險(xiǎn)，鑒于此，要科學(xué)應(yīng)用巷道掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)，以此來(lái)有效地提高采礦的利用率和安全性。在復(fù)雜地質(zhì)條件下，礦產(chǎn)企業(yè)要持續(xù)優(yōu)化和創(chuàng)新掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)，以此來(lái)保證礦產(chǎn)資源的開采效益。