復雜地質條件下的煤礦綜掘進支護技術應用分析

王鐵成　金殿鵬　李吉新　王立業

摘要：我國地大物博，有很豐富的煤炭儲量，煤礦業在中國經濟中占據了很大部分。隨著開發時間的加長，開采深度也越來越深，在開采過程中也遇到了很多的問題，如斷層、褶曲等，嚴重影響了煤礦掘進。文章就大強煤礦復雜地質下的煤礦掘進支護技術應用進行了分析，也給其他煤礦提供了參考。

關鍵詞：復雜地質條件；煤礦掘進；支護技術；煤礦業；煤炭開采 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD421 文章編號：1009-2374（2016）08-0146-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.08.075

對于以往的采煤技術，在此基礎上進行改進創新，利用錨網、錨桿、U型鋼等一系列方法進行支護，很明顯地提高了礦井掘進的支護速度，大大加強了采煤效率。本文以地質條件較為復雜的大強煤礦地區為例，對煤礦掘進支護技術的應用進行了分析研究。

1 大強煤礦掘進地區的地質條件

1.1 工作面位置、四鄰及地表情況

工作面位于工業廣場南側采區中部，回風順槽的東邊是鉆孔，在切眼的南部有很多斷層，以運輸順槽為界西鄰CDF97、HDF117、HDF120、F5號斷層及897、10-1013號鉆孔，在設計采止線的北邊則是用來清理撒煤的構造以及各種運輸巷道；工作面回采面積為277697m2，運輸順槽長度為1147m（斜尺1170.5m）、回風順槽長度為1166m（1189m）、切眼長度為241m（斜尺242m），工作面標高-899.7～-1136.4m，地表標高為107.4～105.6m，距地表1018.2～1242.0m。地表為耕地。

1.2 地質構造情況

根據巷道實際回采范圍內的煤層呈一單斜構造，煤層走向70°～80°、傾向160°～170°、傾角10°～16°；本工作面中有8條斷裂層，附近還有6條斷層。

1.3 煤層情況

工作面回采煤層為1煤層，根據巷道資料，1煤層分層3～11層，厚度為8.20～11.2m，平均厚度為10.5m，純煤厚為6.88～10.7m，平均厚度為9.50m，煤層硬度為2～3。夾石煤層中含有矸的厚度為0.1～0.70m，加起來的平均值厚度為1.00m，巖性為泥巖、粉砂巖及團狀黃鐵礦巖。煤種為氣煤，發熱量（Qgr·d）值為26.7～27.14MJ/kg（發熱量6381～6487大卡），屬中高發熱量煤。

1.4 煤層頂底板情況

頂板為直接頂為油頁巖、灰質泥巖，油頁巖厚度為1.20～1.80m，呈現出灰色。油頁巖結構十分堅固，顆粒很小，中間沒有縫，泥土中含有膠泥，結構是一層一層的，中間有碳，容易被風化，然后就形成了粉塵。污染空氣，其物理力學性質：比重為2.32g/cm?，容重為2.16g/cm?，抗壓強度為164～233kg/cm?，抗剪強度26～27kg/cm?，內摩擦角為41°51'，凝聚力為23kg/cm?，由于直接頂的抗壓強度小于1000kg/cm?，從其堅固程度來看是軟巖。老頂為油頁巖、粉砂巖、中砂巖互層、油頁巖，厚度為50.0～60.0m，平均厚度為55.0m，粉砂巖厚度為2.50～5.50m，平均厚度為4.00m，中砂巖厚度為5.00～10.0m，平均厚度7.5m。

直接地板是為泥巖粉砂巖，是灰色的物質，呈塊狀構造，端口層次不齊。老底為中砂巖、粉砂巖、粗砂巖、泥巖互層，中砂巖厚度為0.10～0.40m，平時很少見得到光滑面，顆粒中以灰白色縫石英長石灰白色為主體，很難從中分出煤炭顆粒，泥質膠結；粉砂巖，平均厚度為0.70m，是灰色的，在其表面可以看見灰綠色，并且具有滑面，中間含有很少的砂礫巖；粗砂巖厚度為0.20～1.40m，平均厚度為0.60m，灰白色，顆粒成分以石英長石為主，顆粒分選性較差，泥質膠結；泥巖厚度為5.00～8.00m，平均厚度為7.00m，深綠色，塊狀構造，偶見細礫，夾礫巖，部分可見滑面構造，半堅硬。

2 煤礦掘進的技術難點

大強礦區在開采過程中要克服的困難有：第一，在礦井不斷掘進的過程中，深度一直在深入，礦井頂部的巖石變化非常明顯，壓力也在不斷加大，對支護的工具帶來了很大的考驗；第二，大強礦區地區礦井的頂底板和煤層都很松軟，在壓力下容易塌陷。在礦道的掘進過程中，不容易形成堅固的形狀，并且變形很嚴重，支護會下降，邊墻會收縮，在掘進過程中還要對后面的礦道進行維修；第三，復雜地質條件和諸多的斷層造成改變，難以掘進的地方就需要改變方向，造成了彎道多、坡度陡的問題；第四，在大強礦區的礦井中，普遍存在煤層較薄的問題，特別是主礦道中。因此在對薄煤層進行開采時，巷道回采過程中的主要工作是掘進支護，在對半煤巖巷進行掘進時，高技術、良好的設備、精干的技術和保證設備的良好運行是很有必要的，只要處理好這個問題，采煤的速度將有很大的提高；第五，我國的煤礦開采技術，還采用傳統技術，難以與國際先進技術做對比，這是一個很大的問題，要在實踐中學習和創新；第六，大強礦區的采煤掘進設備還是很陳舊的設備，遇到較為堅硬的巖石時就難以掘進，還對設備本身造成了很大的磨損，進而減慢了掘進的速度，影響了采煤的速度，對支護也造成了很大的難度。

3 地質條件下煤礦掘進支護技術的關鍵

3.1 綜掘機與普掘機臨界點的確定

通常來說，巷道的長度決定了綜合掘機與普掘機的臨界點，而巷道長度又需要根據綜掘機、普掘機的掘進水平，根據實際操作而定。一般情況下，掘進距離較小時采用普掘進機，這樣不僅減小了投入，降低了成本，也使得工期安排合理，是最優化的選擇。當然距離加大之后就需要采用綜掘機了，這是一個技術性較強的機器，可以減少人力的投入，保證了人員的安全，也大大提高了掘進速度，提高了采煤效率。

3.2 綜掘機的選型

綜掘機的選型要綜合考慮各個方面的問題：掘進巷道的寬度、坡度、彎曲程度是主要的選擇機型大小的關鍵因素，煤層和斷層的堅硬程度決定了機子的磨損問題。對于煤層厚度、多少，要考慮綜掘機的功率。最后還要考慮設備的后期維護和維修問題，是否有這樣的技術人員，能夠操作這樣的機型，也至關重要。

3.3 截齒的選擇問題

選擇截齒我們最要關注的當然是堅硬程度，截齒夠堅硬，磨損的速度才會減慢，這樣才能有效地掘進巷道，加快采煤的速度。當然遇到了特別堅硬的地方，大于截齒能夠承受的強度，那就應該采取放炮的方式行進，這個過程中一定要保護好截齒，如果損壞了掘進機，維修要耽誤工期，對企業的效益極為不利。

3.4 臨時支護技術的應用

臨時支護：機割一個循環后，采用頂板打錨桿托鋼筋網或夾木柈作為臨時支護，并為下一循環打超前護頂錨桿打注頂板錨桿時必須使用錨桿鉆機，五花型式打護頂錨桿，同時在兩幫各打一根錨桿夾上大柈用以維護巷幫，打護頂錨桿時先頂后幫，由外向里、由有支護側向無支護側進行。護頂錨桿打注完畢后，打注超前護頂錨桿，超前護頂錨桿打在巷道輪廓線上，與巷道軸線成45°～55°夾角。

3.5 永久支護技術應用

永久支護：采用錨桿、36U金屬棚、金屬網、噴砼聯合支護，并打錨索補強。

巷道開挖成形后架設36U金屬棚，金屬棚為圓形，棚后鋪設金屬網，網后剎2～3層木柈，然后噴砼對巷道封閉，使支護形成統一整體，最后再打錨索補強。

3.6 設備的保養和維護

設備的完好關系到作業能否順利進行，是工廠進行運作的核心要點，因此對發生故障的設備必須及時修理，應該對維修人員進行培訓深造，保證他們的專業性，時常進行演練，來培養經驗豐富以保障設備可以及時投入使用。安全是大事，一定要做好安全的保證，機械事故絕不允許發生。另外，這些機械肯定是要經常性流動的，在運輸的過程中，要做好安全保護措施，綜合考慮各個方面的因素，天氣的好壞、道路交通的狀況等都是應當考慮的問題。設計好設備的調度方案，提高機械設備的利用率。充分發揮掘進機的性能，合理安排施工工藝技術，培養良好的勞動作業團隊，引進最專業的技術，使用好這些設備，為煤炭業的發展奠定良好的基礎。

4 穿越斷層的錨網支護研究

4.1 直接破項法

這種方法主要是用于頂板不穩定，容易破碎，給支護工作帶來難度的地方，并且頂板的巖層硬度不能太大，掘進機可以直接破損。另外在掘進的過程中，如果出現巷道坡度突然增大，也應該采用這種方法。這一方法的實施為，用掘進機直接將頂板破除，只留下兩邊比較穩定的面，然后利用錨網進行支護。這樣可以有效解決頂板塌陷、巷道坡度大的問題。

4.2 退后臥底法

在采礦過程中，遇到斷層，但是保留了頂板的完整性，還比較堅固時，可以對周圍巖石進行支護，然后讓掘進機后退，臥底前進，保證斷層巷道中的低位高度與安全技術要求相符，這一技術不但保證了斷層頂板的完整性，而且增加了巷道的穩定，保證了作業的安全實施，是比較好的方法。

4.3 錨桿臨時加U鋼法

該礦區中存在較大落差的斷層，這樣的地質結構使得巷道周圍的巖石容易破碎，造成巷道的垮塌，存在極大的安全隱患。這時會利用U型鋼架進行固定支護，與臨時的超前支護、錨桿支護混合使用，加固時讓錨桿傾斜45°。預緊力可以使周圍的巖石變得很穩固，當錨桿間的距離取得適當時，這個方法的效果將大大加強。

5 結語

煤礦的掘進支護技術對保證煤礦開采過程的安全、提高煤礦開采效率有重要影響，在復雜地質下進行掘進采煤時，應首先分析地質結構，然后制定相應的方案，加強機械應力。對支護技術進行研究和創新，在保證安全的前提下提高采煤效率。

參考文獻

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作者簡介：王鐵成（1975-），男，遼寧鐵嶺人，鐵法煤業集團公司大強煤礦有限責任公司工程師。

（責任編輯：秦遜玉）