關(guān)于煤礦開(kāi)采技術(shù)與掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)探討

師 偉

（山西焦煤西山煤電西曲礦，山西太原 030200）

煤礦產(chǎn)業(yè)活動(dòng)中，開(kāi)采煤炭資源時(shí)，需要按照有關(guān)的開(kāi)采原則，引進(jìn)技術(shù)手段展開(kāi)生產(chǎn)作業(yè)。利用不同的開(kāi)采技術(shù)，生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效益各不相同，最重要的就是在開(kāi)采技術(shù)和決定支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用中，最大限度地加強(qiáng)高效生產(chǎn)、安全生產(chǎn)，提高煤礦企業(yè)的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，有針對(duì)性地選擇和應(yīng)用生產(chǎn)技術(shù)，節(jié)約技術(shù)投入成本。

1 煤礦開(kāi)采技術(shù)要點(diǎn)

在某煤炭開(kāi)采礦區(qū)中，煤層夾矸層層數(shù)超過(guò)3 層，厚度0.3m，有著較為復(fù)雜的巷道地形條件，煤層地質(zhì)環(huán)境較為特殊，屬于裂隙發(fā)育區(qū)域，巖層硬度環(huán)境較差，巷道頂板受到了周期性來(lái)壓的持續(xù)沖擊作用，因此有著較高的垮塌風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)合傳統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用條件和已有的經(jīng)驗(yàn)，在煤礦開(kāi)采技術(shù)和掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)環(huán)境，加強(qiáng)對(duì)技術(shù)關(guān)鍵要點(diǎn)的把握，提高開(kāi)采水平和掘進(jìn)效率，開(kāi)采技術(shù)條件見(jiàn)圖1。

圖1 開(kāi)采技術(shù)條件分析

1.1 綜合采礦技術(shù)

綜合采礦技術(shù)應(yīng)用在煤礦開(kāi)采技術(shù)中，是一種常見(jiàn)的技術(shù)類型，利用到了有關(guān)的機(jī)械設(shè)備，因此綜合開(kāi)采技術(shù)又被稱為綜合機(jī)械采礦技術(shù)，該技術(shù)應(yīng)用有助于提高煤礦生產(chǎn)的效率，提高開(kāi)采質(zhì)量，減輕人工作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度，有著較快的掘進(jìn)速度。利用綜合采礦技術(shù)加強(qiáng)生產(chǎn)受到了人們的普遍青睞，不過(guò)煤礦開(kāi)采中使用綜合開(kāi)采技術(shù)并不是毫無(wú)缺陷，該技術(shù)同樣也具有一定的不足之處，這是因?yàn)榫C合開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用具有一定的局限性，它只適用于堅(jiān)固性良好的煤層頂部結(jié)構(gòu)開(kāi)采活動(dòng)。

全部煤層儲(chǔ)存均需要具備穩(wěn)定的特性和結(jié)構(gòu)，滿足上述條件才能使用綜合開(kāi)采技術(shù)，發(fā)揮出機(jī)械設(shè)備的功能效力，因此綜合采礦技術(shù)雖然有著良好的生產(chǎn)效果，但是具有一定的局限性，適用性不足。其中運(yùn)用到了多種自重較大的設(shè)備設(shè)施，剛性脆弱煤層頂部結(jié)構(gòu)以及松散的煤層結(jié)構(gòu)，無(wú)法承受設(shè)備的重量，增加了塌方風(fēng)險(xiǎn)，使得綜合采礦技術(shù)的應(yīng)用范圍受到了一定的制約。在選擇和使用綜合采礦技術(shù)時(shí)，要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的施工環(huán)境、巖層特點(diǎn)等，經(jīng)過(guò)綜合考量，選擇開(kāi)采技術(shù)和方法。

1.2 普通煤炭采礦技術(shù)

普通煤炭采礦技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中，使用到了簡(jiǎn)單的設(shè)備和全人工挖掘的方式有所不同，與全機(jī)械設(shè)備采礦的生產(chǎn)關(guān)系同樣具有顯著區(qū)別，普通煤炭采礦技術(shù)應(yīng)用和綜合開(kāi)采技術(shù)相比，在作業(yè)效率方面并不具有優(yōu)勢(shì)。但是該技術(shù)的經(jīng)濟(jì)成本較低，利用普通煤炭采礦技術(shù)時(shí)，不需要投入過(guò)高的成本就可以進(jìn)行生產(chǎn)，普通煤炭采礦技術(shù)應(yīng)用在復(fù)雜的地質(zhì)條件下具有一定的適應(yīng)性，可以將其應(yīng)用到類型較多的礦區(qū)中進(jìn)行煤炭開(kāi)采生產(chǎn)作業(yè)。

尤其是規(guī)模較小的礦區(qū)，使用普通煤炭采礦技術(shù)，投入的成本低，生產(chǎn)效率高，從投資視角，大型開(kāi)采企業(yè)利用普通煤炭采礦技術(shù)，在保證開(kāi)采作業(yè)質(zhì)量的前提下，可以適當(dāng)?shù)墓?jié)約投資成本。值得注意的是，普通煤炭采礦技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中，安全事故問(wèn)題的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)較高，普通煤炭采礦技術(shù)條件下，安全事故問(wèn)題的發(fā)生幾率呈現(xiàn)出了升高的趨勢(shì)，應(yīng)得到管理人員的高度重視，加強(qiáng)對(duì)普通煤炭采礦技術(shù)應(yīng)用的安全保障[1]。

1.3 炮采技術(shù)

在煤炭開(kāi)采的技術(shù)應(yīng)用中，爆破技術(shù)應(yīng)用是最常規(guī)的操作技術(shù)，炮采技術(shù)就是爆破技術(shù)，主要是以放炮爆破作為手段進(jìn)行開(kāi)采作業(yè)開(kāi)路。在具體的實(shí)踐中，利用煤炭炮采技術(shù)時(shí)，主要按照以下三個(gè)步驟進(jìn)行，第1步是爆破，第2步是裝車，第3步是外運(yùn)。我國(guó)的煤炭開(kāi)采炮采技術(shù)應(yīng)用有較長(zhǎng)的歷史發(fā)展時(shí)期，其中應(yīng)用到了多種作業(yè)設(shè)備，包括噴槍、支架、鑿巖機(jī)、耙式裝載機(jī)、錨桿，鑿巖機(jī)負(fù)責(zé)的是鉆孔和爆破，耙式裝載機(jī)負(fù)責(zé)在煤礦生產(chǎn)中進(jìn)行開(kāi)采開(kāi)路。利用煤炭生產(chǎn)炮采技術(shù)生產(chǎn)成本較低，但卻具有極強(qiáng)的實(shí)用性和良好的生產(chǎn)效益，在煤礦生產(chǎn)中得到了普遍的運(yùn)用。

炮采技術(shù)應(yīng)用目前已經(jīng)愈發(fā)的成熟，從業(yè)人員積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，靈活的運(yùn)用該技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，在煤炭開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用中，是一種常用手段。炮采技術(shù)有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，那就是安全性水平較低，容易出現(xiàn)安全事故，利用炮采技術(shù)時(shí)要適當(dāng)增加炮眼的總數(shù)量，從而對(duì)爆破的時(shí)間進(jìn)行縮減，在爆破后，使煤礦巷道檐壁保持平直狀態(tài)。保護(hù)頂板和支護(hù)設(shè)備，在裝矸時(shí)和運(yùn)矸的作業(yè)環(huán)節(jié)，使用機(jī)械化設(shè)備，可以提高生產(chǎn)質(zhì)量生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)成本。

1.4 節(jié)水技術(shù)

節(jié)水技術(shù)指的是利用地面注漿的方式進(jìn)行生產(chǎn)的技術(shù)手段，利用節(jié)水技術(shù)，可以保護(hù)地下水資源和地表環(huán)境不受損害，在煤層開(kāi)采的生產(chǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)，地質(zhì)探測(cè)會(huì)對(duì)頂部煤層造成損害，影響地下水系統(tǒng)。一旦出現(xiàn)失控問(wèn)題，會(huì)造成下降漏斗的情況，嚴(yán)重威脅煤層環(huán)境，破壞生產(chǎn)安全，借助節(jié)水開(kāi)采技術(shù)，進(jìn)行綜合化的考量，要以恢復(fù)地下水位作為基礎(chǔ)，前提，對(duì)脆弱的過(guò)載層結(jié)構(gòu)進(jìn)行再次壓縮處理，從而將大部分的裂縫封閉彌合，使地面生成水膜，確保生產(chǎn)安全。

1.5 機(jī)械化開(kāi)采技術(shù)

機(jī)械化開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用在煤炭企業(yè)的開(kāi)采作業(yè)環(huán)節(jié)，適用于煤炭探測(cè)發(fā)現(xiàn)后煤層，使用機(jī)械設(shè)備展開(kāi)洞采適用性較強(qiáng)，具體的實(shí)施方式是設(shè)置長(zhǎng)臂作業(yè)面，在開(kāi)采作業(yè)中保持長(zhǎng)臂作業(yè)面的整體長(zhǎng)度為2~3m。按照傳統(tǒng)的做法，是采取退火作業(yè)的方式對(duì)煤層進(jìn)行處理，頂部受到擾動(dòng)，會(huì)出現(xiàn)碎裂的情況，向井外運(yùn)輸?shù)袈涞拿簤K，利用機(jī)械化開(kāi)采技術(shù)時(shí)，要注意結(jié)合實(shí)際的情況以及煤層的特點(diǎn)，選擇機(jī)械化洞采技術(shù)應(yīng)用的方法[2]。

1.6 深層地下礦山采礦技術(shù)

在地層深處存在著大量的煤炭資源，煤炭生產(chǎn)企業(yè)在針對(duì)地層深處的煤炭進(jìn)行開(kāi)采時(shí)，需要利用深層地下礦山采礦技術(shù)展開(kāi)開(kāi)采作業(yè)，重點(diǎn)關(guān)注環(huán)境通風(fēng)道路設(shè)計(jì)以及井下壓力控制等問(wèn)題。值得注意的是，煤氣控制也是深層地下礦山采礦技術(shù)應(yīng)用中要關(guān)注的重點(diǎn)，在觸及煤層時(shí)，需要立即進(jìn)行技術(shù)處理使用。該技術(shù)的過(guò)程中，在掘進(jìn)作業(yè)環(huán)節(jié)需要粉碎尾礦填充材料，向外運(yùn)送垃圾，從生產(chǎn)安全、生產(chǎn)成本等多層面進(jìn)行綜合化的考量，提高煤礦開(kāi)采的效率，井田劃分盤(pán)區(qū)見(jiàn)圖2。

圖2 井田劃分盤(pán)區(qū)

2 掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用策略

2.1 噴漿支護(hù)技術(shù)

噴漿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用主要適用于煤礦巷道穩(wěn)定的情況下，煤層穩(wěn)固，不會(huì)出現(xiàn)巷道變形的情況，巷道頂側(cè)壓力較小，均可以使用噴漿支護(hù)技術(shù)，噴漿支護(hù)技術(shù)利用壓縮空氣的功能，配置一定比例的水泥砂漿，向巷道頂部噴射形成支護(hù)結(jié)構(gòu)。在頂側(cè)壓力較小和巷道穩(wěn)定的前提條件下，還可以進(jìn)一步利用錨桿支護(hù)技術(shù)，或是將錨桿和錨網(wǎng)的功能相結(jié)合進(jìn)行支護(hù)，同樣可以取得理想的支護(hù)效果，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用目標(biāo)，確保開(kāi)采生產(chǎn)的安全性[3]。

2.2 噴射混凝土技術(shù)

在煤炭開(kāi)采中，對(duì)受到破壞的巖體部位進(jìn)行掘進(jìn)支護(hù)時(shí)，使用噴射混凝土技術(shù)，可以取得理想的技術(shù)應(yīng)用效果，混凝土噴射技術(shù)的操作過(guò)程較為簡(jiǎn)單，作業(yè)人員可以在明確巖體或隧道中有碎裂位置的情況下，將混凝土材料噴射到合適的位置，增強(qiáng)巷道巖體的粘合度，使混凝土材料可以牢固地粘接在碎裂的位置。值得注意的是，生產(chǎn)作業(yè)的過(guò)程中，技術(shù)人員必須要做好防護(hù)措施，保證生產(chǎn)安全，在使用掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)，噴射混凝土技術(shù)可以取得理想的支護(hù)效果，達(dá)到預(yù)期的安全生產(chǎn)目標(biāo)，對(duì)不穩(wěn)定的巷道巖體結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新處理，使其恢復(fù)穩(wěn)固，降低安全事故問(wèn)題的發(fā)生幾率[4]。

2.3 鋼筋網(wǎng)支護(hù)技術(shù)

鋼筋網(wǎng)支護(hù)技術(shù)目前在國(guó)內(nèi)的煤炭開(kāi)采中已經(jīng)得到了廣泛的運(yùn)用，例如在煤炭開(kāi)采的現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)環(huán)境較為理想，開(kāi)采作業(yè)的難度較低的情況下，遇到松動(dòng)的圍巖或脆弱的巖石結(jié)構(gòu)時(shí)，有可能會(huì)出現(xiàn)安全事故問(wèn)題，造成塌方等后果。在生產(chǎn)作業(yè)中，隨時(shí)隨地都有可能有小石塊掉落下來(lái)，威脅到開(kāi)采作業(yè)的安全，因此可以使用高強(qiáng)度鋼筋網(wǎng)，在巷道的高處位置懸掛，保證掛網(wǎng)作業(yè)的可靠質(zhì)量。網(wǎng)片密度要達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)，形成網(wǎng)絡(luò)式分布的作業(yè)，面對(duì)巖石掉落造成的安全隱患，進(jìn)行防范和早期治理，降低巷道坍塌的風(fēng)險(xiǎn)[5]。

2.4 錨桿支護(hù)技術(shù)

在錨桿支護(hù)的生產(chǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)，施工人員可以在錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，靈活地調(diào)整錨桿位置，結(jié)合實(shí)際的需求，對(duì)錨桿位置進(jìn)行設(shè)置，針對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)邊坡部位的即時(shí)力學(xué)狀態(tài)進(jìn)行改善。例如外力的影響下，邊坡土層有可能會(huì)出現(xiàn)形變，導(dǎo)致巷道的安全穩(wěn)定性被削弱，利用錨桿支護(hù)技術(shù)，對(duì)形變巖土形成錨桿支撐力，增強(qiáng)土體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性效果。

該技術(shù)在處理松動(dòng)巖土方面具有理想的應(yīng)用效果，合理設(shè)置錨桿，加固松動(dòng)的巖土層，取得理想的支護(hù)性能。在使用錨桿支護(hù)技術(shù)進(jìn)行作業(yè)之前，需要進(jìn)行詳細(xì)的勘測(cè)，了解地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)情況，對(duì)巖石的分布以及巖土層的實(shí)時(shí)狀態(tài)加強(qiáng)了解和掌握，在綜合考量下制定錨桿支護(hù)的作業(yè)方案，確保生產(chǎn)環(huán)境安全、可靠。

2.5 鋼支撐技術(shù)

鋼支撐技術(shù)在巷道掘進(jìn)生產(chǎn)中作為一種常用的掘進(jìn)支護(hù)手段，能夠提高巖體的剛性效果和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，鋼支撐技術(shù)可以使巖體結(jié)構(gòu)的變形風(fēng)險(xiǎn)得到最大限度的防控，在外力作用下仍舊保持巖體結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，降低變形風(fēng)險(xiǎn)。在鋼支撐技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中，為了將其安全保障功能最大限度地利用起來(lái)，技術(shù)人員需要進(jìn)行前期的地質(zhì)環(huán)境勘查，對(duì)工字鋼架和格柵等鋼支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合分析，制定合理的施工方案。完成巷道掘進(jìn)作業(yè)之后，測(cè)算鋼支撐安裝間距時(shí)，需要追求最高效率，在短時(shí)間內(nèi)完成支撐，增強(qiáng)巷道作業(yè)環(huán)境的安全性、穩(wěn)定性。

按照傳統(tǒng)的加固形式，使用合適的材料，提升巖體的強(qiáng)度和粘結(jié)力效果，鋼支撐技術(shù)代替了該方法，利用巷道巖體自身的強(qiáng)度、剛性優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行掘進(jìn)支護(hù)。在選擇掘進(jìn)支護(hù)的形式時(shí)，結(jié)合礦區(qū)的實(shí)際生產(chǎn)條件，需要進(jìn)行對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的綜合考量，分析和預(yù)測(cè)煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的具體應(yīng)用效果。在綜合監(jiān)測(cè)、分析中制定施工方案，并加強(qiáng)實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，確定決定支護(hù)技術(shù)應(yīng)用效果的穩(wěn)定性，營(yíng)造安全的施工環(huán)境，進(jìn)行煤礦開(kāi)采[6]。

3 結(jié)論

綜上所述，煤礦生產(chǎn)中，結(jié)合礦區(qū)的實(shí)際情況，選擇開(kāi)采技術(shù)，應(yīng)用開(kāi)采技術(shù)的目的是要提高生產(chǎn)質(zhì)量、開(kāi)采效率。在開(kāi)采技術(shù)和掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)保證人員安全，提高生產(chǎn)效率，明確該目標(biāo)，融合開(kāi)采技術(shù)和掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)，最大限度提高煤礦生產(chǎn)的效率和開(kāi)采活動(dòng)的安全性水平，推動(dòng)煤礦產(chǎn)業(yè)的科學(xué)化、長(zhǎng)遠(yuǎn)化發(fā)展，強(qiáng)化煤礦企業(yè)的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。