試析煤礦開采技術與掘進支護技術

張軍

（新疆哈密英格瑪煤電投資有限責任公司，新疆 哈密 839000）

煤礦開采是安全風險較大的行業(yè)之一，其發(fā)展情況受到了社會各界的廣泛關注。近年來，在科技不斷進步的背景下，越來越多的先進煤炭開采技術和掘進支護技術應運而生，為礦山深度開采提供了技術保障，在一定程度上提高了開采過程的技術含量。但不可否認的是，隨著開采難度的增加，安全隱患也越來越多，并且在掘進過程不可避免地遇到復雜地質和堅硬巖體，一旦操作不當，就會為現(xiàn)場設施設備和技術人員造成威脅。所以在開采過程中引入高強支護技術至關重要，通過增強支護結構的穩(wěn)定性，全面提高作業(yè)過程的安全性，為現(xiàn)場設施和人員提供保障。在煤礦開采技術和掘進支護技術實際應用中，需要關注巖體是否存在松動現(xiàn)象，如果墻體產(chǎn)生裂縫，則無法保證支護結構充分安全，容易撕裂巷道，引發(fā)安全事故。所以，為了提高作業(yè)安全性，就要在掌握國家規(guī)定、現(xiàn)場條件、開采要求等要素情況下，制定科學的巷道支護方案，保證作業(yè)有條不紊地進行。

1 煤礦開采概述

煤礦開采作業(yè)具有復雜性、系統(tǒng)性、技術性特點。其定義可以從以下幾個方面概括：（1）采場。即煤礦開采區(qū)內(nèi)，用來大范圍直接開采煤炭資源的場所。（2）采煤工作面。即煤炭開采區(qū)域內(nèi)煤層的暴露面，也叫作煤壁。（3）采煤工作。即為了開采煤炭資源開展的一系列作業(yè)活動。（4）采煤工藝。也就是在采煤工作面內(nèi)，各工序需要應用的工藝技術，需要嚴格按照流程操作，并做好時間和空間的搭配工作。

2 國內(nèi)煤礦開采現(xiàn)狀

煤炭是各行業(yè)、各領域生產(chǎn)制造的主要能源，在我國經(jīng)濟建設中占據(jù)重要地位。眾所周知，我國地大物博，煤炭資源豐富，但由于大多分布在地下，所以開采難度較大，稍有不慎就會引發(fā)瓦斯爆炸、冒頂事故等災害。尤其近年來，隨著煤炭行業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，各地區(qū)因煤礦開采發(fā)生的安全事故也逐漸增多，主要原因在于很多企業(yè)在煤礦開采過程中，習慣沿用傳統(tǒng)粗放式開次技術和掘進支護技術，導致安全隱患層出不窮。要想快速改善這一現(xiàn)狀，就要積極引入各種新工藝和新設備，全面提高煤礦開采過程的技術含量，保證開采作業(yè)有序進行，同時維護好施工現(xiàn)場的安全性。

另外，煤礦開采過程會對生態(tài)環(huán)境造成一定程度的污染，尤其現(xiàn)階段，依然有很多企業(yè)采用露天開采模式，無論煤炭運輸，還是現(xiàn)場爆破，都會產(chǎn)生較大的揚塵。并且每層挖空后，施工區(qū)域的植被也會受到巨大損害，同時，地下水位的不斷降低，會加大山體滑坡、地面塌陷等自然災害發(fā)生率。而要想盡可能治理環(huán)境污染問題，就要依賴各種新技術和新工藝，通過加固巖層、修復植被等方式，降低煤礦開采污染程度。

與此同時，煤礦企業(yè)作為勞動密集型企業(yè)，在施工過程中涉及大量技術人員，雖然當前機械化作業(yè)方式不斷深入，但并未實現(xiàn)全機械化目標，很多施工作業(yè)依然需要人工手動完成，不僅降低了煤礦開采效率，還加大了安全隱患。并且人工開采模式無法保證所有煤層全部開采出來，容易造成資源浪費現(xiàn)象，這對于社會發(fā)展而言是一種巨大損失。

3 煤礦開采技術與掘進支護技術分析

3.1 煤礦開采技術分析

（1）綜采工藝技術。綜采工藝是煤礦開采較為常見的一種技術，具有機械化水平較高的特點，相對于傳統(tǒng)開采技術而言，流程更簡單、安全性更高、適用性更廣，所以，機械化開采作業(yè)的優(yōu)勢十分突出，但也不代表完全沒有缺點，就是在實際應用中，更加適合頂板相對堅硬的每層，能夠保證操作環(huán)境具備一定穩(wěn)定性。結合大量實踐來看，采用綜采工藝技術不僅能夠提高材料利用率，還可以減少人工工作量，但要注意這種技術投入成本較高，所以相關單位在引入前要考慮自身經(jīng)濟狀況。另外，在采用綜采工藝技術進行施工時，還應掌握工作面地質條件和構造，如果煤層傾角過大，則要注意支護問題，避免其側滑。雖然綜采工藝技術各個焊接都離不開機械設備的支撐，但并未實現(xiàn)全面機械化目標，所以，在實際應用方面依然存在一些限制，要想突破這些限制，就要從技術上進行創(chuàng)新，因此，煤礦企業(yè)要不斷提高自身先進意識，積極引入各種新技術，盡可能在最短時間內(nèi)實現(xiàn)機械化目標。上文多次提到，煤炭開采是一項風險性較高的工作，由于環(huán)境復雜，所以會對設備運行造成各種隱患，這就需要企業(yè)結合煤礦開采作業(yè)要求和現(xiàn)場條件，合理選擇設備型號，并提前設置好設備參數(shù)，同時，對技術人員進行系統(tǒng)化培訓，確保其嚴格按照流程和規(guī)范組裝、操作設備，避免煤礦開采過程出現(xiàn)設備滑動現(xiàn)象，這也是保證施工現(xiàn)場安全的關鍵舉措。

（2）炮采工藝技術。炮掘技術是指煤礦開采過程中，通過爆破方式完成開采作業(yè)，在此過程中需要應用人工裝矸、錨噴支護等多種技術，保證巷道安全、穩(wěn)定。該技術操作步驟較多，包括爆破、裝矸、運矸等環(huán)節(jié)，結合應用效果來看，能夠有效提高作業(yè)效率，并且對裝備的需求相對較低。由于該技術在我國研究和實踐中已經(jīng)經(jīng)歷了較長時間，所以技術規(guī)范和要求也相對健全。在具體實施過程中，需要技術人員采用鑿裝機進行鉆研，使用耙裝機進行裝矸。在巷道支護過程中，大多選擇錨噴支護方式，這也使得這種工藝技術的適用范圍進一步拓寬，能夠靈活運用到各種環(huán)境中，并且布置便捷、成本較低、支護方式簡單。但不可否認的是，炮掘工藝技術在具體操作中也存在一定弊端，就是頂板管理難度較大、安全系數(shù)不足，容易引發(fā)安全事故。這也說明這種技術并沒有完全規(guī)避安全隱患的作用，而且在操作中，涉及大量人工作業(yè)內(nèi)容，與機械化技術相比，作業(yè)效率相對較低。另外，在炮掘工藝技術具體應用過程中，還要注意以下問題：第一，在爆破過程中，要適當增加炮眼的數(shù)量，以此縮短爆破時間。第二，在爆破完成后，需要維持巖壁的平直效果，避免破壞支護結構和頂板。第三，為了盡可能降低作業(yè)人員工作強度，需要在裝矸和運矸過程中使用機械化設備。并且在掘進過程中要保證支護緊跟迎頭，封堵炮眼時使用水炮泥材料，如此才能夠避免打筒現(xiàn)象出現(xiàn)。

（3）普采工藝技術。普采工藝技術和人工開采技術存在諸多相似之處，都是將人工操作作為主要方式，個別環(huán)節(jié)引入機械設備，適合應用到規(guī)模較小的煤礦開采作業(yè)中。其優(yōu)勢在于流程規(guī)范、操作簡便、成本較低，并且對礦區(qū)地質條件要求不高，能夠為煤礦企業(yè)節(jié)約大量資金，而且開采出的煤炭資源質量較好。缺陷則在于工作效率較低，與機械化作業(yè)方式相差甚遠。一旦現(xiàn)場發(fā)生安全事故，會對技術人員造成嚴重的生命安全隱患，這也使得這種開采技術應用率逐漸降低。

3.2 煤礦掘進支護技術分析

（1）混凝土支護技術。在煤礦開采過程中，不可避免遇到巖體分裂情況，如果處理不當，則會增加安全隱患，甚至引發(fā)安全事故，而采用混凝土支護技術，能夠起到顯著的加固作用。也就是將混凝土噴射到分裂的巖體中，使巖體形成一體。結合大量實踐來看，技術人員在噴射混凝土時，大多位于巖體和隧道壁位置，通過增強巷道圍堰的穩(wěn)定性，降低巖層脫落等問題，從根源上規(guī)避安全事故發(fā)生率。近年來，國內(nèi)外越來越多專家和學者投入到混凝土支護技術研究中，并收獲了優(yōu)異成果，尤其在減塵降彈方面十分顯著，具體來說：第一，采用潮式混凝土支護技術，能夠在很大程度上發(fā)揮降塵效果，但是需要注意，這種技術無法從源頭規(guī)避粉塵和回彈問題。第二，采用捕塵裝備，可以有效降低煤礦支護作業(yè)造成的污染問題，其除塵效果顯著，但對使用場合要求較高，適合減少大顆粒粉塵，并且設備體積較為龐大，不易移動。由于我國在煤礦掘進支護技術研究方面起步較晚，所以無論在理論分析還是實踐操作方面，都遠遠落后于發(fā)達國家，需要相關研究人員積極借鑒發(fā)達國家技術改革經(jīng)驗，對混凝土支護技術進行優(yōu)化和完善，盡可能拓展其應用范圍，提高其使用效率，充分發(fā)揮該技術的作用和優(yōu)勢。

（2）錨桿支護技術。錨桿支護技術就是通過錨桿對巷道邊坡的力學狀態(tài)進行合理調(diào)整，技術人員需要合理設置錨桿位置。結合應用效果來看，這種支護技術能夠有效抑制巖土變形問題，提高隧道穩(wěn)定性，并且錨桿能夠將反作用力施加到巖土上，有利于增強沿途強度。在煤礦開采過程中，如果遇到巖土松動情況，可以優(yōu)先選擇錨桿支護技術，通過加固巖層，全面提高巖石穩(wěn)定性。通常，在煤礦開采作業(yè)前，企業(yè)就要委派專業(yè)人員對施工現(xiàn)場進行嚴格考察，明確沿途分布情況，并根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境，選擇行之有效的支護方式，針對性做好加固工作，如此不僅能夠保證施工現(xiàn)場安全性，又能夠為后續(xù)施工任務奠定基礎，有利于提高煤礦開采質量和效率。

（3）鋼筋網(wǎng)支護技術。除了以上提到的混凝土支護和錨桿支護技術外，在煤礦開采作業(yè)中，還時常應用到鋼筋網(wǎng)支護技術。眾所周知，煤礦開采環(huán)境復雜多樣，并且不同環(huán)境的地形結構、地質條件、土壤情況也不盡相同。

對于土壤、地質以及環(huán)境較好的區(qū)域，施工也相對便捷，但不可否認的是，也存在大量巖體脆弱、巖土松動等情況的出現(xiàn)，稍有不慎就會引發(fā)塌方事故。所以，煤礦企業(yè)如果遇到巖體分散，容易掉落到礦井中的施工區(qū)域，就要優(yōu)先選擇鋼筋網(wǎng)支護技術，為了充分發(fā)揮該技術的作用和功能，需要現(xiàn)場技術人員合理布設鋼筋網(wǎng)，在保證密度合理的同時，提升鋼筋網(wǎng)質量。這樣在實際施工中，能夠通過鋼筋網(wǎng)阻攔散落下來的演示，避免巖石進入礦井，為施工人員和設施設備造成不必要損害，從而提高作業(yè)現(xiàn)場的安全性，避免巷道巖石出現(xiàn)塌方現(xiàn)象。

（4）鋼支撐支護技術。為了全面增強巷道巖石的穩(wěn)固性和安全性，避免在開采過程中受外界環(huán)境或振動影響產(chǎn)生變形、塌方等問題，需要開采企業(yè)積極引入鋼支撐工藝技術。需要注意的是，技術人員必須結合煤礦開采環(huán)境和施工條件，合理選擇鋼支撐結構。較為常見的鋼支撐結構有工字鋼架和格柵鋼架兩種。在選擇合理支撐結構的同時，需要準確計算出間距，并在巷道開挖完成后及時安裝鋼支撐結構，以此來提高巷道的安全性和牢固性。與其他支護方式相比，鋼支撐主要基于巖土結構本體提自身的穩(wěn)定性，其他方式則通過黏結材料加固，但主要目的相同，都是以提升巖土強度為主?？梢钥闯?，鋼支撐能夠在一定程度上減少材料的使用，可以節(jié)約支護成本，并且支護效果較好。除此之外，鋼支撐還可以和噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)等方式混合使用，最大程度上避免出現(xiàn)坍塌的情況。

4 結語

綜上所述，煤炭資源作為我們生活中最重要的能源物質，其供應量會直接影響社會發(fā)展的各個方面，尤其新時期，發(fā)電行業(yè)、供暖行業(yè)對煤炭資源的需求不斷提高，保證煤炭的持續(xù)供應是提高人們生活質量、保證社會經(jīng)濟健康發(fā)展的重要條件。這就需要煤礦企業(yè)積極引入各種新技術、新工藝和新設備，并探索如何在運用新設備、新技術、新工藝的同時，保證操作安全。因此，今后在進行煤炭開采時企業(yè)要聯(lián)合科研機構加快相應的技術研發(fā)工作，將煤炭開采技術與煤礦支護技術科學地結合起來，為煤礦的安全生產(chǎn)保駕護航，盡可能從源頭規(guī)避安全隱患，從而為煤炭行業(yè)可持續(xù)發(fā)展奠定良好的基礎。