煤炭采礦工程巷道掘進和支護技術(shù)的應(yīng)用分析

武俊華

摘要：煤礦巷道是煤層開采的重要通道，保證巷道的安全快速掘進對于煤礦開采顯得十分重要。由于巷道在受到礦山壓力的作用下會變形破壞，對巷道的支護很必要。本文分析了煤礦開采過程中巷道掘進存在的問題進行分析，在此基礎(chǔ)上提出了一些解決方法，這對于緩解煤礦開采過程中的采掘緊張問題有幫助。

關(guān)鍵詞：煤礦開采;巷道掘進;支護

1巷道掘進與支護的關(guān)系

對于煤礦巷道大多采用直眼掏槽（如圖1所示）與斜眼掏槽的組合方式進行掘進。如煤層中存在著夾矸，這時掏槽存在較大的難度，在處理時應(yīng)該將掏槽的角度控制在45°～90°之間。在進行爆破作業(yè)時，如果爆破的面積相對較大時，就要增加輔助掏槽眼，這樣可以使巷道的形狀更加規(guī)則。在采用掘進機進行掘進時，可以實現(xiàn)破煤、裝煤一體化，可以最大程度的提高煤礦巷道的掘進施工進程。若采用煤機進行橫向切割的形式，可以有效的拓寬巷道的寬度，實現(xiàn)了對煤層的連續(xù)開采。采用連續(xù)采煤機進行煤巷掘進時，整合了煤礦掘進和回采工藝，極大的提高了生產(chǎn)效率。它有著明顯的施工優(yōu)勢，在初期投資少采煤效率高，能極大的節(jié)省掘進的成本，改善煤礦生產(chǎn)效率。

由于礦山壓力的作用，在掘進時必須進行支護。在支護時必須結(jié)合煤礦開采的實際情況，制定有效的巷道支護方案[1]。在煤礦工作面附近開采時，需要預(yù)留一定量的煤柱來保證回風(fēng)巷和運輸巷的完整性。預(yù)留煤柱具有操作簡單、方便、成本低的優(yōu)勢，特別在巷道底板發(fā)生底鼓時預(yù)留煤柱支護效果更好。為了保證掘進整個過程的安全性，要盡量減小掘進對煤層的沖擊，這就要求要控制好合理的煤柱寬度。

2 煤礦掘進存在的問題分析

軟巖巷道的掘進和支護是煤礦所面臨的難題。在地應(yīng)力和地下水的作用下，軟巖巷道的變形十分劇烈，變現(xiàn)為頂?shù)装逡平黠@，底板出現(xiàn)底鼓，兩幫出現(xiàn)凸出。在水的作用下，軟巖巷道的變形將不可控制，軟巖巷道底鼓分為擠塑性底鼓和膨脹性底鼓。當(dāng)巷道中有積水時，兩種底鼓會相互促進，造成惡劣循環(huán)。對于軟巖巷道可以采用底角錨桿支護和底板錨桿支護技術(shù)來抑制巷道的變形和底鼓[2-3]。此外，在巷道設(shè)計時可以將斷面設(shè)計成反底拱形式。可以采用開挖卸壓槽和打卸壓鉆孔的方式來釋放巷道周圍的應(yīng)力，以此來降低巷道的變形。

當(dāng)掘進工作面靠近回采工作面時，掘進巷道將會受到工作面回采時的動載的影響。在動力擾動作用下，掘進過程中頂板冒落的可能性增加，更嚴重的是有發(fā)生沖擊地壓的危險。這是由于在動載作用下，應(yīng)力場會出現(xiàn)疊加比原巖應(yīng)力高出很多倍。動載作用下巷道的破壞主要有兩種形式，第一種是沖擊破壞，表現(xiàn)為煤巖突出和沖擊地壓，瞬間破壞了整個巷道，支護沒有任何作用;第二種是動應(yīng)力下，巷道的支護會產(chǎn)生損傷，導(dǎo)致錨桿的支護強度降低，當(dāng)某次動壓超過了錨桿的承載強度后，巷道發(fā)生變形，頂板出現(xiàn)垮落。

3 煤礦開采方式與支護技術(shù)的關(guān)系

3.1 煤礦開采技術(shù)分析

目前煤礦的開采方式可以分為兩類：炮采和機采，機采又可以分為兩類：普采和綜采。炮采采煤工藝通過打眼放炮來實現(xiàn)破煤、裝煤，工作面的支護采用單體液壓支柱。炮采工作面布置簡單，能適應(yīng)各種復(fù)雜的地質(zhì)條件，但是采用單體液壓支柱來支護頂板，很容易出現(xiàn)冒頂事故，而且在放炮時很容易崩倒液壓支柱。在炮采時其主要時間消耗在打眼放炮上，布置合適的鉆孔數(shù)量顯得十分關(guān)鍵。在進行裝煤時，需要工人將煤鏟到皮帶運輸機上，工人的勞動強度大。這種采煤工藝處于淘汰的邊緣，只有在回收邊角煤時才會應(yīng)用。

普采采煤工藝只適用于小型礦井，對于大型礦井多采用綜采工藝。綜采工藝與普采工藝最大的區(qū)別是采用了液壓支架支護頂板，液壓支架的移架相對于單體液壓支柱更加方便。綜采工藝的生產(chǎn)效率非常高，實現(xiàn)了采煤、運煤、支護、裝煤的完全機械化。綜采工作面對地質(zhì)條件的適用性較差，不能經(jīng)常搬家，在開采末期的時候裝備回撤困難。

在復(fù)雜地質(zhì)條件下，煤礦的開采工藝的選擇應(yīng)該符合該區(qū)域的實際地質(zhì)情況。巷道的布置盡量要避免地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域。在設(shè)計開采工作面時，要盡量避開工作面內(nèi)含有地質(zhì)構(gòu)造。為了保障巷道的穩(wěn)定性，節(jié)省支護成本，巷道應(yīng)該布置在圍巖相對較為完整的區(qū)域。對于復(fù)雜地質(zhì)條件下布置煤層開采巷道，需要采用數(shù)值模擬等手段反復(fù)的驗算來確保支護的安全性。要科學(xué)的運用錨桿和錨索來完成對巷道的支護。

3.2 巷道支護技術(shù)的選擇

現(xiàn)在煤礦企業(yè)對掘進技術(shù)重視程度不夠，在選擇掘進技術(shù)時具有一定的盲目性。掘進技術(shù)主要有兩種：炮掘和綜掘，每種掘進方式都有著適用的地質(zhì)條件。只有根據(jù)煤礦的地質(zhì)條件選擇合適的掘進技術(shù)，才能提高掘進的速度和效率。我國煤礦巷道常用的支護技術(shù)有金屬網(wǎng)支護技術(shù)、噴漿支護技術(shù)、錨桿支護技術(shù)、錨索支護技術(shù)以及聯(lián)合支護技術(shù)。在掘進過程中支護技術(shù)的選擇要根據(jù)巷道的頂板完整度選擇合適的支護技術(shù)。這樣才能保證支護的有效性和經(jīng)濟性。結(jié)合巷道斷面的圍巖承載情（下轉(zhuǎn)第111頁）（上接第109頁）況，完善煤礦掘進的管理過程。隨著支護技術(shù)的發(fā)展，掘進時可以采用直接破頂法、后退式臥底法進行掘進。在面對斷層等復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造情況下，應(yīng)該進行加強支護，對于巖體比較破碎時應(yīng)該采用U型鋼和錨桿支護結(jié)合起來，這樣可以提高巷道圍巖的穩(wěn)定性和完整性。

4 優(yōu)化煤炭采礦工程巷道掘進與支護的方法

為了保證巷道的能穩(wěn)定快速掘進，應(yīng)該選擇性能優(yōu)異的掘進設(shè)備。掘進機的選擇應(yīng)該慎重，其性能對于整個掘進起著決定性作用。掘進機面對的是整個巷道圍巖，在掘進時會產(chǎn)生很強的機械振動，這對于設(shè)備的性能是個巨大的考驗。因此，必須結(jié)合實際的地質(zhì)情況，選擇合適的施工方案，確保掘進工作面的連續(xù)作業(yè)。經(jīng)過多年的發(fā)展，我國的自主研發(fā)的巷道掘進機有了很大程度的發(fā)展。目前已經(jīng)具有生產(chǎn)成套設(shè)備的能力。在恰當(dāng)?shù)牟课皇褂描偳妒浇M合，通過模塊結(jié)合的形式，幫助設(shè)備做好維修拆卸，這樣才能確保設(shè)備穩(wěn)定性。

對掘進設(shè)備的故障做出準確的判斷，這就要求巷道掘進機應(yīng)該具有先進的機電一體化故障檢測系統(tǒng)。能實時的對掘進設(shè)備的運行狀態(tài)進行檢測，可以實現(xiàn)遠程控制功能。對于軟巖巷道必須做好支護管理工作，軟巖巷道的支護不是一次完成的，需要進行多次支護。對巷道表面必須進行噴混凝土、加支護網(wǎng)。在巷道的薄弱區(qū)域應(yīng)該加錨固梁來提高支護的有效性，只有這樣才能提高巷道圍巖的承載能力，限制巷道的變形向圍巖深部發(fā)展。為了保證支護的效果，在錨桿支護時應(yīng)該對支護時采用的螺母的質(zhì)量進行把控，對于需要承載能力大的區(qū)域應(yīng)該采用專用螺母。在巷道支護完成后，應(yīng)該對巷道的支護效果進行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)支護失效的區(qū)域并進行及時的處理，避免失效區(qū)域的擴大。最后，支護材料的質(zhì)量對支護的效果有著直接的影響，在施工過程中要做好質(zhì)量抽查工作，形成嚴格的質(zhì)量控制體系，實現(xiàn)材料質(zhì)量的責(zé)任制。軟巖巷道在初次噴錨支護中，要做好長期監(jiān)測的準備，定期匯報檢測數(shù)據(jù)，才能調(diào)整支護參數(shù)。

5 結(jié)論

綜上所述，煤礦巷道是煤層開采的重要通道，保證巷道的安全快速掘進對于煤礦開采顯得十分重要。由于巷道在受到礦山壓力的作用下會變形破壞，對巷道的支護很必要。在支護時必須結(jié)合煤礦開采的實際情況，制定有效的巷道支護方案。在巷道支護完成后，應(yīng)該對巷道的支護效果進行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)支護失效的區(qū)域并進行及時的處理。支護材料的質(zhì)量對支護的效果有著直接的影響，在施工過程中要做好質(zhì)量抽查工作。

參考文獻：

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[3]王熙凌.煤炭采礦工程巷道掘進和支護技術(shù)的應(yīng)用分析[J].建材與裝飾，2018（29）：233.