復(fù)雜地質(zhì)條件下采礦掘進支護技術(shù)及應(yīng)用探究

＊楊海鵬

（柳林縣應(yīng)急管理局 山西 033300）

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，礦產(chǎn)資源的需求越來越大，采礦掘進的生產(chǎn)難度也越來越大，特別是在復(fù)雜的地質(zhì)條件下，采礦掘進的支護技術(shù)和應(yīng)用顯得更加重要和復(fù)雜。如何有效地開展采礦掘進支護技術(shù)，是礦業(yè)領(lǐng)域需要探討和解決的關(guān)鍵問題。

1.復(fù)雜地質(zhì)條件下采礦掘進支護難點

（1）礦區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜。礦區(qū)地質(zhì)條件的復(fù)雜性是采礦掘進支護難點的主要原因之一，礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造、巖性、斷層、節(jié)理等因素的變化都會對采礦掘進支護造成不同程度的影響，導(dǎo)致支護難度的增加和支護效果的降低。礦區(qū)地下水、瓦斯等地質(zhì)環(huán)境因素也會加大支護難度。

（2）采礦深度大、圍巖壓力大。采礦深度的增加會使得地下圍巖的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，圍巖的壓力會隨深度增加而逐漸增大，給采礦掘進支護帶來較大的壓力和難度。此外，采礦深度增加還會導(dǎo)致溫度升高、瓦斯含量增加等問題，導(dǎo)致采礦掘進支護面臨一定的困境[1]。

2.復(fù)雜地質(zhì)條件下采礦掘進支護技術(shù)應(yīng)用要點

以A煤礦為例，在5#復(fù)雜地質(zhì)開采煤層中，地面表高為140～340m，斜向北結(jié)構(gòu)，傾斜角為（6°～12°），西部表現(xiàn)平緩，工作面中存在斷層。

（1）合理選擇掘進支護設(shè)備。在復(fù)雜地質(zhì)條件下，采礦掘進支護技術(shù)的應(yīng)用要點之一是合理選擇掘進支護設(shè)備，包括根據(jù)地質(zhì)條件和采礦方法的不同，選擇適宜的掘進機械，如礦用掘進機、鉆探機、爆破機等，選擇適宜的支護設(shè)備，如鋼架支撐、木架支撐、錨桿支撐等，選擇適宜的運輸設(shè)備，如皮帶輸送機、斗輪輸送機、車輛運輸?shù)?。在采礦過程中，選擇的運輸設(shè)備是否具有較強的適應(yīng)性，對于提高生產(chǎn)效率和降低運輸成本具有至關(guān)重要的作用，具體選擇哪種運輸設(shè)備需要根據(jù)采礦方法和地質(zhì)條件進行綜合考慮。對于露天礦，由于采礦地點一般比較分散，選用皮帶輸送機進行礦石的運輸是比較常見的選擇。

皮帶輸送機可以實現(xiàn)長距離、高效率的輸送，適用于中、低產(chǎn)量的礦山，其結(jié)構(gòu)簡單、造價低、操作可靠。另外，斗輪輸送機在采礦場合也有廣泛的應(yīng)用，特別是在深坑露天礦上，可以將礦石快速、安全地運送到料倉中。對于井下礦山，需要考慮地質(zhì)條件和采礦方法的不同，在軟巖、煤礦等井下礦山，采用皮帶輸送機和斗輪輸送機是常見的選擇，可以實現(xiàn)長距離、大量的礦石輸送。在硬巖礦山中，車輛運輸是一種常見的運輸方式，可以將礦石快速地從采礦面運輸?shù)降孛?，提高生產(chǎn)效率。

（2）科學(xué)選擇截齒。在復(fù)雜地質(zhì)條件下，科學(xué)選擇截齒時要求技術(shù)人員根據(jù)地質(zhì)條件和巖性特征進行選擇，如硬質(zhì)巖石應(yīng)選擇硬質(zhì)合金截齒，軟弱巖石應(yīng)選擇齒形較大的截齒，根據(jù)掘進機械的性能要求，選擇適宜的截齒，如掘進機械的工作能力、轉(zhuǎn)速、功率等。考慮到A煤礦西部表現(xiàn)平緩，工作面中存在斷層的問題，要根據(jù)采礦方法的特點，選擇適宜的截齒，如長壁采礦應(yīng)選擇能夠快速切削煤巖的截齒。長壁采礦是一種高產(chǎn)率的采礦方法，需要采用能夠快速切削煤巖的截齒來提高采煤效率和生產(chǎn)率。

一般來說，長壁采礦中使用的截齒應(yīng)具備高硬度，因為長壁采礦中的煤巖硬度較高，截齒需要具有硬度強的特征，以保證切削效果。長壁采礦中，截齒需要承受較大的載荷和沖擊力，因此需要具有較高的強度和耐磨性，并且能夠快速切削煤巖，提高采煤效率和生產(chǎn)率。長壁采礦中，地質(zhì)條件復(fù)雜多變，需要截齒具有較好的適應(yīng)性，能夠應(yīng)對不同的地質(zhì)條件。因此，長壁采礦中常用的截齒為硬質(zhì)合金截齒，能夠達到理想的采煤效率和生產(chǎn)率目標(biāo)。

（3）完善掘進支護配套系統(tǒng)。在復(fù)雜地質(zhì)條件下，完善掘進支護配套系統(tǒng)中，包括優(yōu)化掘進支護設(shè)計方案，結(jié)合不同的地質(zhì)條件和采礦方法，制定合理的掘進支護設(shè)計方案，例如，掘進支護的類型、支護材料和支護方式等。安裝監(jiān)測設(shè)備，對A煤礦的復(fù)雜地質(zhì)情況進行實時監(jiān)測，了解掘進工作面的變化情況，及時調(diào)整支護措施，確保支護效果符合要求，為了保證掘進工作面的支護效果符合要求，需要安裝監(jiān)測設(shè)備，實時監(jiān)測工作面的變化情況，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整支護措施。安裝地質(zhì)構(gòu)造、應(yīng)力、變形等監(jiān)測設(shè)備，如應(yīng)力計、變形計、位移計、壓力傳感器等，以實時監(jiān)測掘進工作面的變化情況，此類監(jiān)測設(shè)備可以記錄和反映出工作面的變形、應(yīng)力和壓力等情況，幫助采礦人員及時發(fā)現(xiàn)問題并采取應(yīng)對措施。

對監(jiān)測設(shè)備進行實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，及時掌握掘進工作面的變化情況，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果確定支護措施的調(diào)整方案。例如，如果發(fā)現(xiàn)工作面出現(xiàn)變形、應(yīng)力等異常情況，需要及時采取支護加固措施，以確保工作面的安全穩(wěn)定。建立一套完整的支護措施調(diào)整機制，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析和評估，并及時調(diào)整支護措施，以保證支護效果符合要求，跟蹤和記錄支護措施的實施情況，以便后續(xù)的分析和改進。加強支護材料的研發(fā)和應(yīng)用，根據(jù)地質(zhì)條件和采礦方法的不同，提高支護系統(tǒng)的適應(yīng)性和穩(wěn)定性，以提高采礦掘進支護的安全性和效率為目的，安裝安全設(shè)備，如防爆、防火、通風(fēng)、排水等安全設(shè)備[2]。

（4）后退臥底掘進支護技術(shù)。后退臥底掘進支護技術(shù)是指在掘進工作面向回采方向回退的同時，采用支架支撐和錨桿固結(jié)等措施，增強工作面穩(wěn)定性。具體實施中，在工作面向回采方向回退時，安裝支架和錨桿。支架應(yīng)選擇高強度、抗壓、抗彎、抗擺動的支架，支架間距應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件和工作面寬度確定，錨桿應(yīng)選擇高強度、抗拉、抗剪、抗彎的錨桿，按照一定的間距和角度固定在工作面圍巖中。在支架和錨桿的基礎(chǔ)上，進行工作面支護，根據(jù)地質(zhì)條件和工作面寬度選擇合適的支護方式，如鋼拱架、矩形鋼架、水泥注漿等。

在后退臥底掘進過程中，根據(jù)工作面變化情況及時調(diào)整支架和錨桿的位置和間距，以保證工作面穩(wěn)定性。該技術(shù)在復(fù)雜地質(zhì)條件下具有較好的應(yīng)用前景，能夠有效地控制圍巖變形和破壞，提高掘進工作面的安全性和穩(wěn)定性，與傳統(tǒng)的前進式掘進技術(shù)相比，后退臥底掘進支護技術(shù)能夠充分利用已經(jīng)開采的煤層支撐力，減少支護材料的使用量，降低采煤成本，提高采煤效率。

（5）混合智能系統(tǒng)應(yīng)用。混合智能系統(tǒng)應(yīng)用是指結(jié)合人工智能、機器學(xué)習(xí)、傳感器技術(shù)等多種技術(shù)，對采礦掘進支護過程進行自動化控制和優(yōu)化調(diào)節(jié)，該技術(shù)可以通過實時采集、處理和分析掘進過程中的各種數(shù)據(jù)，包括地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)、現(xiàn)場圖像、溫度、濕度、振動等多個方面的信息，從而幫助工程師更好地控制和預(yù)測采礦掘進支護過程中的各種問題，提高效率和質(zhì)量，降低人工干預(yù)和管理成本。具體來說，混合智能系統(tǒng)應(yīng)用可以實現(xiàn)實時監(jiān)測功能，通過傳感器等設(shè)備，對采礦掘進支護過程中的各種參數(shù)進行實時監(jiān)測，包括地質(zhì)條件、圍巖壓力、進度、人員安全等。

對采集到的數(shù)據(jù)進行分析和處理，運用人工智能和機器學(xué)習(xí)技術(shù)進行大規(guī)模的數(shù)據(jù)挖掘，從而得到更加準確的預(yù)測和分析結(jié)果，提高采礦掘進支護的決策水平。利用自動化技術(shù)，對采礦掘進支護過程中的各項參數(shù)進行控制和調(diào)節(jié)，使其更加精準和高效。通過對實時數(shù)據(jù)的分析和處理，可以對采礦掘進支護過程中出現(xiàn)的問題進行預(yù)警和預(yù)測，及時采取措施避免事故的發(fā)生[3]。

（6）直接破頂掘進支護技術(shù)。直接破頂掘進支護技術(shù)是通過采用高強度支架，直接將采礦掘進工作面的頂板支撐起來，以增強工作面穩(wěn)定性和控制地壓的技術(shù)，該技術(shù)應(yīng)用中，技術(shù)人員應(yīng)在掘進工作面頂部設(shè)置高強度支架。根據(jù)地質(zhì)條件和工作面寬度選擇支架，一般采用鋼梁、鋼管、鋼絲網(wǎng)等材料制成，支架間距受地質(zhì)情況和工作面寬度的影響，要求技術(shù)人員進行間距調(diào)整，在支架基礎(chǔ)上進行工作面支護，選擇鋼拱架、矩形鋼架、水泥注漿等方式進行支護。

A煤礦中，坡頂情況下，要制定可行的支護方案，預(yù)先鉆孔，評估地質(zhì)情況和巖石強度，確定需要使用的支護材料和方法。使用爆破技術(shù)破碎巖石，確保直接破頂下的掘進順利進行，爆破需要嚴格的安全措施和專業(yè)的爆破工程師指導(dǎo)，在破碎的巖石表面鉆孔并注入錨桿，通過錨桿與巖石進行固定，以增加地層的穩(wěn)定性。在掘進面的頂部使用鋼拱支撐結(jié)構(gòu)，將壓力分散到周圍的巖石或地層上。鋼拱可以是預(yù)制的或現(xiàn)場制作的，具體結(jié)構(gòu)和尺寸需根據(jù)具體情況進行設(shè)計。在直接破頂掘進過程中，通過控制工作面開采速度、控制工作面高度等措施，保證工作面的穩(wěn)定性和安全性，避免傳統(tǒng)支護方式中出現(xiàn)的短板問題，降低采礦掘進支護過程中的安全風(fēng)險。與傳統(tǒng)支護方式相比，該技術(shù)采用高強度支架直接支撐頂板，避免了支撐材料和支架之間的空隙，提高了支架的承載能力和穩(wěn)定性，同時也減少了支撐材料的使用量，降低了采煤成本。該技術(shù)適用于復(fù)雜地質(zhì)條件下的采礦掘進支護，可以提高采煤效率，降低安全風(fēng)險，應(yīng)用前景廣闊[4]。

（7）臨時U鋼支護。臨時U鋼支護是指在采礦掘進過程中，采用U鋼支架對工作面進行臨時支撐和固定，主要應(yīng)用于采礦掘進工作面較短、圍巖穩(wěn)定性好、支護時間短暫的情況下，具有安裝簡便、適用性廣、支護效果好等優(yōu)點。在采礦掘進過程中，臨時U鋼支護主要應(yīng)用于兩個方面，一是對頂板進行支撐和固定，保證頂板的穩(wěn)定，二是對巷道進行支撐和固定，避免巷道的坍塌和變形。

通過采用臨時U鋼支護技術(shù)，可以有效地降低采礦掘進過程中的成本和管理難度，提高工作效率和經(jīng)濟效益。在使用臨時U鋼支護技術(shù)時，需要注意合理選擇U鋼尺寸和型號，確保U鋼的承載能力和適用范圍，安排U鋼支架的間距和高度，保證參數(shù)合理性，避免因U鋼支架密度不足或過密而導(dǎo)致的支護效果不佳，嚴格控制U鋼支架的安裝質(zhì)量和水平，確保U鋼支架的穩(wěn)固性和牢固性。及時做好檢查工作，維護U鋼支架的狀況，保證其在采礦掘進過程中的支撐和固定功能[5]。

3.復(fù)雜地質(zhì)條件下采礦掘進支護技術(shù)優(yōu)化策略

（1）建立采礦掘進支護安全管理體系。在復(fù)雜地質(zhì)條件下，采礦掘進支護技術(shù)的優(yōu)化策略之一是建立采礦掘進支護安全管理體系。該體系應(yīng)包括建立安全管理機構(gòu)和崗位責(zé)任制度，明確各級管理人員和崗位人員的職責(zé)和權(quán)利，確保安全管理工作的有效實施。開展安全教育培訓(xùn)，提高職工的安全意識，加強對安全生產(chǎn)法律法規(guī)的宣傳和培訓(xùn)，提高職工的安全生產(chǎn)素質(zhì)。制定采礦掘進支護的安全生產(chǎn)規(guī)章制度，包括礦山生產(chǎn)作業(yè)安全規(guī)定、掘進作業(yè)安全規(guī)定、臨時支護安全規(guī)定等，確保采礦掘進支護的安全生產(chǎn)工作有章可循，制定應(yīng)急預(yù)案，建立應(yīng)急救援機制，在突發(fā)事件發(fā)生時，確保能夠及時有效地進行應(yīng)對，減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。

（2）強化臨時支護技術(shù)應(yīng)用。強化臨時支護技術(shù)應(yīng)用，要選擇適宜的支護材料和支護方式，根據(jù)地質(zhì)條件選擇合適的臨時支護材料，如鋼材、木材、錨桿等，采用合適的支護方式，如木支撐、鋼支撐、錨桿預(yù)應(yīng)力等，加強現(xiàn)場監(jiān)測，實時掌握掘進工作面的變化情況，及時調(diào)整支護措施，保證支護效果符合要求。根據(jù)地質(zhì)條件、采礦方法等因素，制定合理的支護設(shè)計方案，確保支護系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。加強支護材料的研發(fā)和應(yīng)用，根據(jù)地質(zhì)條件和采礦方法的不同，開展支護材料的研發(fā)和應(yīng)用，提高支護系統(tǒng)的適應(yīng)性和穩(wěn)定性[6]。

4.結(jié)論

綜上所述，復(fù)雜地質(zhì)條件下的采礦掘進支護技術(shù)，是目前礦業(yè)生產(chǎn)中需要解決的重要問題。對于礦業(yè)企業(yè)而言，需要全面掌握復(fù)雜地質(zhì)條件下采礦掘進支護技術(shù)的要點，采取科學(xué)有效的技術(shù)應(yīng)用策略，有效地解決復(fù)雜地質(zhì)條件下采礦掘進支護的難點和問題，提高生產(chǎn)效率和安全性。