煤礦采礦工程巷道掘進和支護技術(shù)措施

摘要：煤礦產(chǎn)業(yè)作為基礎(chǔ)性行業(yè)，關(guān)系著國家能源格局、經(jīng)濟發(fā)展與人們生產(chǎn)生活。近年來，隨著我國煤礦資源長期、持續(xù)開發(fā)，淺層資源變少，逐漸開始挖掘深層資源。面對復雜、惡劣的煤礦開采環(huán)境，煤礦企業(yè)應正確利用與優(yōu)化巷道掘進、支護技術(shù)，在完成資源開發(fā)任務的基礎(chǔ)上，保障工作人員的生命安全，推動煤礦產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展?；诖?，本文主要闡述煤礦采礦工程巷道掘進與支護技術(shù)，分析技術(shù)要點并解析支護技術(shù)內(nèi)容，提出巷道掘進與支護技術(shù)應用的有效對策，以此防范安全事故，為后續(xù)開采工作提供一定的技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：采礦；巷道掘進；支護技術(shù)

煤礦是重要的自然資源，直接影響現(xiàn)代社會發(fā)展進程。當前，工業(yè)生產(chǎn)對煤礦資源的需求提高，采礦工程數(shù)量增多、規(guī)模擴大。在開采作業(yè)過程中，煤礦企業(yè)會遇到一些安全問題，危害施工人員安全、降低項目效益。對此，要想提高煤礦采礦工程安全等級，可借助施工技術(shù)完善工程體系，例如，巷道掘進與支護技術(shù)可以提高開采率，防范風險。

一、煤礦采礦工程巷道掘進和支護技術(shù)概述

（一）煤礦采礦工程巷道掘進概述

我國煤礦產(chǎn)業(yè)發(fā)展時間長、規(guī)模大，煤礦采礦工程項目具有較為豐富的經(jīng)驗，例如，綜合機械化開挖、錨噴聯(lián)合開挖等，采用不同挖掘方法應配備不同的挖掘設備、制定不同的挖掘方案，從而構(gòu)建完善的挖掘框架。經(jīng)過長期發(fā)展，煤礦采礦工程項目巷道掘進漸漸構(gòu)建了集挖掘為一體的項目體系，統(tǒng)一管控工程設備，既能提高作業(yè)效率，也能實現(xiàn)連續(xù)作業(yè)目標。綜上所述，煤礦采礦工程巷道掘進時，應全面、綜合分析顯示環(huán)境，制定具有良好適配性的方案，提高綜合應用水平。

煤礦采礦工程項目巷道掘進受多種因素影響，例如，地質(zhì)條件、圍巖強度等。掘進作業(yè)過程中，地質(zhì)條件具有客觀性，如果作業(yè)環(huán)境存在巖體硬度超標等情況，既會降低掘進速度，提高掘進難度，也會埋下安全隱患。由此，要確保巷道掘進的安全性和穩(wěn)定性，應深入調(diào)查與研究礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境，評估作業(yè)的可行性，制定良好的掘進方案。圍巖強度也直接影響著掘進效率，應通過圍巖負載程度評價負載能力，如果程度過高，會提高地面壓力，減少頂板位移量，在此過程中滿足掘進與支護要求。

（二）煤礦采礦工程巷道支護技術(shù)概述

煤礦采礦工程項目巷道支護以掘進為前提，應制定具有良好適配性的支護處理方案，增強圍巖結(jié)構(gòu)的平穩(wěn)性與可靠性。從我國煤礦掘進施工的現(xiàn)狀看，支護技術(shù)較多，應根據(jù)巷道具體情況選擇合適的支護方案。例如，如果支護力同時作用于圍巖表層與內(nèi)部，需采用錨桿與錨索支護方法。

煤礦采礦工程巷道支護的作用在于建立完善的煤礦線路保護機制。不能讓掘進作業(yè)與支護作業(yè)保持獨立，應加強二者之間的聯(lián)系，最大程度上發(fā)揮支護技術(shù)作用，促進掘進工程穩(wěn)定開展，最終提高煤礦工程開采質(zhì)量。同時，如果掘進作業(yè)過程中遇到不可控因素，例如軟巖等，需要采用合適的支護處理方法。

二、煤礦采礦工程巷道掘進和支護技術(shù)應用的重要性

煤礦企業(yè)面臨復雜、多變且危險的地下環(huán)境，開采作業(yè)時易受多種因素影響。為順利開展煤礦采礦工程，煤礦企業(yè)應提前制定開采方案、落實開采流程，保證規(guī)范、安全開采。同時，采礦人員應根據(jù)現(xiàn)實情況，如煤礦分布等，加強場地支撐，構(gòu)建相對安全、穩(wěn)定的作業(yè)環(huán)境，在整個開采過程中，既能順利采掘與運輸煤礦資源，也能保障工作人員生命安全。采用巷道掘進與支護技術(shù)能順利、有效地挖掘煤礦資源，并在規(guī)定工期內(nèi)完成開采任務。同時，面對塌方等事故，運用這兩種技術(shù)也能從根源上防范，提高煤礦企業(yè)的各種效益。

三、煤礦采礦工程巷道掘進和支護技術(shù)要點

（一）巷道掘進技術(shù)要點

巷道掘進作業(yè)時，應做好作業(yè)方案制定、地質(zhì)勘察、資源選擇以及技術(shù)篩選等工作，建設嚴格、完善的技術(shù)監(jiān)管機制并將其落實到掘進作業(yè)全過程中，先分析工程作業(yè)具體情況，然后根據(jù)規(guī)范、標準等管理掘進方案和技術(shù)，提升巷道掘進工藝水平，規(guī)范化施工。技術(shù)要點如下：

1.制定方案

在全面、詳細的調(diào)查與研究后，應制定科學、高效的作業(yè)方案。一般情況下，企業(yè)會選擇專業(yè)挖掘設備進行礦區(qū)大斷面連續(xù)開挖，采取持續(xù)或間斷式運輸方案。但需要注意，此方案適用于具有穩(wěn)定地基的礦區(qū)環(huán)境中。如果采用綜合機械開挖，應配備輸送機組合等設備，并根據(jù)工程的具體狀況選擇挖掘機類型，以此順利開展項目作業(yè)。

2.地質(zhì)勘察

技術(shù)人員應根據(jù)項目標準、要求等開展地質(zhì)勘察工作，掌握圍巖強度、結(jié)構(gòu)性能等參數(shù)，根據(jù)相應信息數(shù)據(jù)構(gòu)建模型，模擬作業(yè)情況、預估作業(yè)風險。

3.資源選擇與管理

既要合理選擇作業(yè)材料與設備，又要加強管理，在提高掘進效率的同時，保障作業(yè)的安全性和穩(wěn)定性，以此實現(xiàn)巷道規(guī)劃設計目標。例如，采用針眼爆破時，應將炮眼深度控制在合理范圍內(nèi)，運用煤電鉆進行動態(tài)調(diào)控。

4.安全監(jiān)控

相較于常規(guī)作業(yè)，煤礦采礦工程作業(yè)環(huán)境較差，要想確保掘進工作有序、安全，可運用通風、降塵技術(shù)，為開采人員創(chuàng)造良好的作業(yè)環(huán)境?，F(xiàn)場會布設機械通風機，開采單位根據(jù)當?shù)刈匀画h(huán)境制定設備運行方案及流程等。同時，成立專門的檢測部門，檢測通風裝置運行情況并及時排查故障，定期開展設備運維與養(yǎng)護工作，讓其始終維持高效的運行狀態(tài)。

（二）巷道支護技術(shù)要點

煤礦采礦工程項目中，煤礦企業(yè)與開采單位制定并實施支護技術(shù)方案，在掘進作業(yè)過程中降低對圍巖的影響并防控安全事故。巷道掘進后，其周圍應力呈集中狀態(tài)并相應降低強度。此階段，如果圍巖應力大于強度數(shù)值，會破壞巖體，如果圍巖強度小于強度數(shù)值，要保持穩(wěn)定狀態(tài)。基于此，根據(jù)松動圈理論可知，圍巖的松動圈會影響支護效果，加大松動圈，提升支護難度，對此，應立足于圍巖松動圈，選擇合適的支護方案。L大于150cm時，可通過組合拱明確噴錨網(wǎng)；L處于40～150cm之間時，可采用錨桿支護方法；L小于40cm時，可采用噴射混凝土支護方法。

四、煤礦采礦工程巷道支護技術(shù)

（一）常規(guī)支護技術(shù)

1.錨桿支護

在煤礦采礦工程巷道支護技術(shù)中，錨桿支護是基礎(chǔ)的支護技術(shù)，既能提高支護效果，也能提升巷道圍巖結(jié)構(gòu)的承載力，具有適應性強、安全性高以及穩(wěn)定可靠等優(yōu)勢。由此，錨桿支護技術(shù)廣受歡迎。

錨桿支護技術(shù)能完善與優(yōu)化巷道結(jié)構(gòu)，恢復破損結(jié)構(gòu)。采用混凝土支護處理技術(shù)時，為防控壓力引發(fā)的開裂風險，可運用錨桿修復部分區(qū)域，控制開裂，降低巷道損壞率。同時，如果巷道中出現(xiàn)浮石，通過錨桿支護巖石也能防控巖石滑落，確保巷道安全。此外，錨桿支護技術(shù)還能解決底鼓問題，巷道地面凸出后會阻礙后續(xù)作業(yè)，過去，施工人員會直接去除凸出位置，但此現(xiàn)象頻發(fā)，無法從根源上解決，而采用錨桿支護技術(shù)能解決此問題，拉近底板位置，防止凸出。

2.永久性支護技術(shù)

永久性支護技術(shù)也被稱為混凝土永久性支護模式，主要采用混凝土材料并搭配錨網(wǎng)噴灑技術(shù)方案等，可以增強煤礦巖壁的穩(wěn)定性。同時，永久性支護技術(shù)與掘進技術(shù)搭配，安裝錨桿、噴涂標釘，讓混凝土處理符合作業(yè)規(guī)范與標準。噴灑混凝土后，施工人員應安裝鋼筋網(wǎng)并覆蓋混凝土，以此提高支護水平，讓巖壁厚度維持穩(wěn)定，避免出現(xiàn)塌方等事故。

3.棚式支護技術(shù)

開采作業(yè)前制定并實施支架技術(shù)方案，運用金屬支架，既能提高支護強度，又能確保工程項目質(zhì)量與安全。但隨著我國煤礦產(chǎn)業(yè)發(fā)展，開采規(guī)模與范圍擴大，錨桿支架技術(shù)應運而生，具有良好的支護效果。采用棚式支護技術(shù)時，可根據(jù)巷道圍巖穩(wěn)定情況制定技術(shù)方案，可以將圍巖穩(wěn)定性分為非常穩(wěn)定、穩(wěn)定、中等穩(wěn)定、不穩(wěn)定、極不穩(wěn)定五類，據(jù)此選擇合適的巷道棚式支護形態(tài)。此外，應預估與計算巷道圍巖量，此數(shù)據(jù)也是考察圍巖穩(wěn)定性的標準之一，還可以采用數(shù)據(jù)分析閥等，根據(jù)巷道頂?shù)装鍘r層平均單向抗壓強度等計算數(shù)值，明確設備運作阻力與巷道支架承載力，以此根據(jù)開裂程度掌握具體棚距。

（二）特殊支護技術(shù)

在特殊條件下，開采單位應有針對性的選擇支護技術(shù)。首先，采用具有一定強度且能隨意伸縮的錨桿開展一次支護作業(yè)，在巷道變形量達到一定程度后進行第二次支護處理。二次支護常結(jié)合錨桿支護與注漿加固，應主要采用全長錨固錨索等元件并運用地應力水速凝材料進行注漿作業(yè)，將孔洞深度控制在2.5m左右。如果某礦區(qū)地應力較大，采用可伸縮 U型鋼支架支護結(jié)構(gòu)。其次，結(jié)合錨索、噴射加鋼絲等構(gòu)建完善的混凝土支護處理體系，將壓力限制在巷道底板區(qū)域并進行二、三次起底處理。

（三）支護系統(tǒng)設計

在煤礦采礦工程項目中，巷道支護項目具有復雜性與綜合性的特點，應根據(jù)實際情況針對性選擇支護技術(shù)，并確保設計思路規(guī)范、科學，集地質(zhì)勘察、項目設計、作業(yè)監(jiān)測等為一體，為巷道支護系統(tǒng)運行提供可靠數(shù)據(jù)。第一，應根據(jù)項目實際情況評估作業(yè)區(qū)域的圍巖應力狀態(tài)等，掌握具體參數(shù)，進行地質(zhì)力學評估，確保評估內(nèi)容符合實際。第二，采用有限差分數(shù)值模擬分析方法并搭配相應的工程類比系統(tǒng)模式等，建設方案選擇與評估機制，確保各項工作有序開展，提高計算的精準性。第三，經(jīng)過初始設計后，根據(jù)項目方案開展施工活動。第四，動態(tài)監(jiān)測作業(yè)現(xiàn)場，工作人員應詳細掌握技術(shù)方案應用效果。如果選擇錨桿支護，應掌握錨桿受力狀況、圍巖深度位移等。第五，獲取充足、精準的數(shù)據(jù)后，應優(yōu)化設計。第六，重復上述流程，直到設計趨于完善并能確保支護效果長期穩(wěn)定。

五、煤礦采礦工程巷道掘進和支護技術(shù)的應用

（一）合理選擇掘進設備

在煤礦采礦工程項目中，常見的巷道掘進設備為鉆機、電控開關(guān)等。此類設備能保障巷道安全，提高作業(yè)效率。鉆機是一種按照預先設定程序加工礦物材料的機械設備，在開采作業(yè)中，鉆機始終發(fā)揮著重要作用，影響著煤礦資源開采質(zhì)量。電控開關(guān)能提高系統(tǒng)運轉(zhuǎn)速率，也能控制供電電路電壓等。發(fā)現(xiàn)電線故障時，可利用電控開關(guān)保護斷路器，作業(yè)過程中，應根據(jù)作業(yè)需求與現(xiàn)實情況選擇合適的機械設備。

（二）強化安全作業(yè)意識

煤礦采礦工程巷道掘進與支護作業(yè)過程中，把安全放在首要地位。一方面，應實時控制施工質(zhì)量，加強施工管理。在煤礦開采過程中，如果地質(zhì)環(huán)境變化會產(chǎn)生安全事故，可進行井下作業(yè)并制定應急處理方案。另一方面，掌控各類風險因素，例如，水文環(huán)境變化、作業(yè)未佩戴安裝裝置等，強化管理層與基層施工人員的安全作業(yè)意識，從根源上防范風險。

（三）收集并控制巷道掘進與支護參數(shù)

巷道掘進與支護直接影響煤礦開采效率，由此，第一，嚴格控制巷道掘進與支護各項參數(shù)，制定科學的作業(yè)方案。第二，做好頂板巖屑清潔工作，根據(jù)設計要求加強防護，以免出現(xiàn)漏煤等問題。第三，控制煤塵污染，以免增加瓦斯發(fā)生爆炸帶來嚴重的損失。第四，加強對壞損、報廢設備的管理，降低經(jīng)濟損失。第五，通過延長錨桿長度降低采空區(qū)壓力，但應將直徑控制在合理范圍內(nèi)，以免影響錨桿的穩(wěn)定性。第六，控制錨桿間距，提高錨桿負荷力，進而提高支護效果。

六、結(jié)語

綜上所述，在我國能源體系中，煤礦產(chǎn)業(yè)處于重要地位。當前，各行業(yè)、領(lǐng)域?qū)γ旱V能源需求逐漸增加，提升了資源開采壓力。與淺層資源開發(fā)相比，深層煤礦資源開發(fā)面臨更加復雜、多變的環(huán)境，提高了安全風險。對此，企業(yè)應提高對巷道掘進與支護技術(shù)的重視程度，掌握技術(shù)要點并合理選擇支護技術(shù)，例如，錨桿支護技術(shù)、棚式支護技術(shù)等，強化安全意識、掌控具體參數(shù)，選擇合適的機械設備，為工作人員提供穩(wěn)定、安全的作業(yè)環(huán)境，持續(xù)提高開采效率，促進我國煤礦產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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作者簡介：李新永（1980），男，陜西省渭南市人，工程師，本科，主要研究方向為采礦工程、煤礦智慧化、煤礦機械設備。