探析采礦工程巷道掘進和支護應用

段金紅

（華亭煤業集團新窯煤礦公司，甘肅 平涼 744201）

1 我國煤礦巷道掘進技術和裝備現狀及重要性

1.1 我國煤礦巷道掘進技術和裝備現狀

隨著我國科學技術的發展，我們越來越重視資源開發，特別是煤炭資源。就煤炭資源的開發而言，巷道掘進和支護技術是采礦的核心技術。由于我國煤炭資源處在復雜的地理位置，在煤炭開采方面，缺乏先進技術和人才的培養，因此開采難度較大，為了提升煤炭產能就需要先進的掘進技術。目前，煤炭巷道的布局代替了傳統巖石集中的布局方式，轉而運用了采準巷道和開拓巷道的布局，可以提升巷道掘進技術。巷道掘進方法分為綜合機械掘進法、掘錨式法和一體化流水線法。綜合機械掘進方式對設備有很高的要求，因此，該技術成本比較高。掘錨式掘進技術一般使用懸臂式掘進機，可以運用于任何復雜煤礦地形。一體化流水線則采用的是連續采煤機進行交叉換位施工。目前，我國常用的是一體化流水線施工，可以節省大量的成本，但施工進度比較慢。總體而言，在煤礦掘進技術和裝備方面，相比其他國家，我們還處于比較落后的階段。

1.2 技術對采礦工程的重要性

就掘進和支護技術而言，其目的在于保障煤礦巷道的安全與穩定，因此，煤礦巷道掘進和支護技術對采礦工程很重要。掘進和支護技術可以為煤礦開展作業開辟穩定、高效的環境，保證施工的效率，保障人民財產的安全。雖然煤礦巷道的開采工作危險性很大，但是只要注意采礦施工的細節，嚴格按照施工要求進行，一定可以減少施工事故的發生。特別是煤礦巷道的掘進與支護，必須學會用錨桿支護技術保護巷道圍巖，從而防止巷道坍塌，避免傷亡事故。由于煤礦巷道靠近大量軟巖，會對巷道的穩定與安全有嚴重的影響，因此，一定要采用支護技術穩定巷道。特別是對于采礦行業來說，煤礦巷道掘進和支護技術是采礦工程中必不可少的關鍵技術，可以很好地保護巷道的穩定，確保作業人員的安全。

2 采礦工程巷道掘進和支護及應用

2.1 煤礦巷道掘進技術

煤礦巷道掘進由破落、裝運工序組成，是挖掘煤礦巷道技術的基礎。就當前而言，我國主流的挖掘煤礦巷道技術有多巷道掘進、交叉換位掘進和綜合機械化掘進技術。綜合機械化掘進技術是一種運用多機械設備協作掘進的傳統技術，可以適用于煤巷、半煤巖巷和全巖巷的掘進。綜合機械化掘進技術經歷了多年的發展，我國煤炭開采企業在該技術上已經有了絕對的優勢。多巷掘進和交叉換位掘進技術是一種掘進與支護同時作業的新型技術。交叉換位掘進技術采用的是采煤機、錨桿鉆車完成作業的技術。近年來，我們國家主要采用的是鉆爆法進行施工，方法的主要實施過程為先打眼，然后放炮，進而實現掘進施工的方法。常用的鉆爆法是一種依靠氣腿式鑿巖機作業，能夠實現大規模的鉆爆作業。常規的鉆爆法有著適用強、方便和范圍廣的特點，能夠適應于不同種環境的施工。根據地質條件的變化，鉆爆法可以適當調整，進而形成成熟穩定的施工方案。由于鉆爆法有著成熟的技術和豐富的施工經驗，以及科學完整的工藝，因此在我國使用的比較廣泛。雖然常規的鉆爆法成本低、易操作，但是掘進速度慢、工序復雜，非常不利于巖石的穩定，甚至引起自然災害。綜合機械化掘進技術能夠有效彌補常規掘進的不足，適用于大斷面巖巷的掘進，由于我們該技術的起步比較晚，綜合機械化掘進技術還處于實驗探索階段。綜合機械化掘進技術是運用最多的煤礦巷道掘進技術，基礎的設備有懸臂式掘進機、轉載機和錨桿鉆機等。懸臂式掘進機是可以進行截割、裝載運輸等的多功能掘進機器。轉載機是輸送刮板的運送機。錨桿鉆機是煤礦巷道鉆孔機。綜合機械化掘進技術就是利用多種設備協作配合實現煤礦的開采。目前，我國較先進的掘進機為煤礦超千米深部全斷面巖石巷道掘進機，可以實現超千米深度的開采，特別是能夠輕松應對軟巖、地應力和地溫的高壓。

2.2 煤礦巷道支護技術

煤礦巷道支護技術是防止巷道圍巖破壞、維護巷道安全的技術。特別是針對煤礦巷道的掘進而言，可以穩定巷道的圍巖，保障煤礦巷道挖掘的有序進行。就現在而言，我國煤礦巷道支護主要是通過棚式支護、錨噴支護、砌碴支護等形式開展。考慮到我國煤礦資源大多位于軟巖下，因此，我們主要采用錨桿支護技術。針對我國高深度礦井工作的進行，高預應力高強錨桿支護技術應運而生。現今，針對深部巷道圍巖支護，我們大多采用“錨-注-架”支護體系。該體系是由噴漿、U 型鋼可縮性支架和高強度預應力錨桿等組成。有了“錨-注-架”支護，可以幫助實現超深的開采。目前，德國是煤礦開采最深的國家，能夠實現的最大深度為1200米。采礦環境的惡劣隨著巖層深度增加而增加，特別是軟巖層的出現大大提升了施工的難度。利用錨桿的支撐分散巖壁所承受的作用力，從而提升軟巖的強度。全螺紋錨桿支護技術是使用全螺紋錨桿改善普通錨桿支護的技術，可以實現一次性緊固螺紋，完全不需要二次加工緊固螺紋。煤礦工業的發展隨著科學技術的創新，也帶動著采礦行業技術的改變，特別是支護技術的改變，普通錨桿由于自身桿件強度不高，新的替代錨桿應運而生。全螺紋錨桿可以彌補普通桿件截面薄弱的問題，減緩側壓應力集中，從而大大加固巷道。另外，由于全螺紋錨桿制造簡單，產生成本低，所以完全能夠代替普通螺紋錨桿。全螺紋錨桿支護技術在煤礦開采過程中運用廣泛，可以輔助機械巷道掘進機，實現低成本高效率的施工。

2.3 軟巖巷道錨注支護技術應用

錨注支護作為錨桿與注漿相結合的支護方式，可以穩定圍巖，主要機理為，針對錨注過程而言，采用注漿的方式將圍巖內的裂縫封堵，減少風化對巖石的影響，降低水浸對圍巖的軟化，另外，還將松散的圍巖膠結黏合，加固巖體，并且配合錨噴支護改善支護結構，形成更加牢固的支護體系，從而大大增強支護結構抗承載能力。針對注漿加固后的支護，可以改變圍巖及應力分布，大大減少支護拉應力，從而加強支護體系。錨注支護方案是包含錨、噴、注、索全環節的支護方案，巷道支護一般先選擇標準規格的高強度螺紋鋼錨桿和注漿錨桿，將水泥注漿標桿一定的排距置于頂板和兩側，常用的注漿標桿液為一定比例的硅酸鹽水泥和石灰石，注漿時按照一定的壓力進行噴射。在混凝土噴射過程中，控制噴射強度，注意分兩次噴射。針對錨索設定，可以延著巷道頂板加裝合適的預應力錨索，注意選擇合適的距離，并且噴射錨固劑。特別是優化錨注支護設計，布置觀測點觀察巷道錨注段和未錨注段巷道施工情況，控制加固工程，減少收斂變形量，保證支護達到理想效果，注意控制未錨注段圍巖變形隨著時間關系，長時間監測巷道狀況。針對軟巖層的不穩定，錨注支護技術在軟巖動壓巷道的應用就起到了關鍵作用，可以防止軟巖破碎的情況發生，確保巷道的穩固。錨注支護技術是在錨桿支護技術的基礎上，然后注漿鞏固軟巖層的技術，可以使原本脆弱的巖壁變得嚴實。錨注支護技術在軟巖動壓巷道的應用是在力學基礎在采礦工程中的一個實際應用，軟巖巷道錨注支護技術應用是目前主流的巷道施工手段，很好地幫助煤礦巷道掘進支護施工。

3 結語

綜上所述，煤礦巷道掘進技術是一項在復雜地質條件下實現采礦施工的高難度技術，因此在施工過程中，需要結合巷道的圍巖環境，設計出合理的巷道掘進和支護技術方案。針對煤巷掘進中的疑難問題，施工前期一定要提前討論分析，特別是巷道掘進和支護技術上的難題，一定要做到及時提出及時攻破，此外還要強化檢測監控，實時根據環境的改變，準確地調整施工技術，確保煤礦巷道掘進施工安全有效的進行。