煤礦巷道掘進施工及支護技術(shù)的有效性探究

任海龍

中煤一建第十工程處 河北邯鄲 056000

煤礦的開采和開發(fā)直接受到煤礦巷道掘進施工和支護技術(shù)的影響，這是煤礦生產(chǎn)的所在。就當(dāng)前我國煤礦掘進施工和支護技術(shù)的現(xiàn)狀來看，還難以做到完全確保安全性的同時實現(xiàn)掘進速度的大幅度提升，由于受到煤礦工作環(huán)境以及技術(shù)裝備等因素的影響，掘進后的巷道支護效果并不穩(wěn)定，施工人員的安全性難以保障。

1 掘進施工與支護技術(shù)概念

1.1 掘進施工

現(xiàn)在煤礦開挖工程大部分采用立井、余斜井或立井與斜井相結(jié)合的方法，如果煤礦開挖中有軟巖中間層，工人應(yīng)處理好開挖，控制在45-90之間，如果炮口橫斷面比較大，則應(yīng)加入輔助眼，進一步規(guī)范巷道的成巷質(zhì)量[1]。當(dāng)前的技術(shù)條件下，掘進機已廣泛應(yīng)用于破煤裝煤施工，使用掘進機設(shè)備能最大限度地提高礦井生產(chǎn)效率和掘進施工進度。除此之外，應(yīng)用采煤機，利用橫軸切割等連續(xù)采煤方式擴大井下巷道進度。它整合掘進工藝和煤礦回收，具有明顯的工程優(yōu)勢，資金投入少，采煤效率高，有效節(jié)約掘進時間和費用，提高生產(chǎn)效率。

1.2 支護技術(shù)

煤礦巷道掘進必須結(jié)合周邊環(huán)境，制定有效的頂板支護方案。其中，以核心道路支護形式預(yù)訂煤柱。下部分始終處于逆風(fēng)狀態(tài)，上部和下部分始終處于在途運輸狀態(tài)，并且必須具有預(yù)留煤柱以降低巷道周圍的支撐壓力。此預(yù)留煤柱具有方便排水通風(fēng)的優(yōu)點，但支撐成本高，因此巷道下部受煤礦擠壓會影響穩(wěn)定性和安全性，巷道連接處會影響附近地區(qū)的巷道穩(wěn)定性和安全性。為確保整個掘進工程的穩(wěn)定安全，應(yīng)最小化煤層沖擊的不良影響，控制預(yù)留柱寬，實施柱管理要求。

2 煤礦巷道掘進施工技術(shù)與支護技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)當(dāng)前的發(fā)展，煤礦巷道錨桿支護技術(shù)構(gòu)建了一個完整的系統(tǒng)，特別是地質(zhì)檢查、支護設(shè)計、設(shè)備和材料選擇方法以及評估內(nèi)容的所有方面。首先要進行地質(zhì)勘探，在圍巖的各個方面勘探應(yīng)力、結(jié)構(gòu)、探礦等，并整理資料，作為后期規(guī)劃設(shè)計的基礎(chǔ)。其次，對勘探結(jié)果討論了合理的相關(guān)設(shè)計。根據(jù)地形及其特點選擇合適的設(shè)備和材料后，作為應(yīng)用工具，使工程順利進行。最后，必須檢查和評估錨桿支撐工作的結(jié)果，以確保施工有序進行，從而確保錨桿支護技術(shù)可在每個大型煤礦中重復(fù)使用。

3 煤礦巷道掘進和支護技術(shù)中的影響因素

3.1 巷道圍巖強度因素

巷道的穩(wěn)定性與圍巖強度息息相關(guān)，為了可以形成對巷道的良好支護和支撐，需要經(jīng)過勘察并結(jié)合圍巖強度進行支護技術(shù)的合理采用。如果圍巖強度可以在錨桿支撐下，實現(xiàn)了自身強度的提高，那么可以進一步加大保護支撐力。圍巖勘察的過程中，主要針對地質(zhì)應(yīng)力的承載能力進行了解和分析。承載能力的高低與頂板位移的大小有著直接關(guān)系，承載性能強，當(dāng)?shù)刭|(zhì)應(yīng)力增加的情況下，會降低頂板位移的大小，發(fā)揮相應(yīng)的保護和支撐效應(yīng)。所以，煤礦項目中的巷道掘進施工中，需要關(guān)注圍巖強度提高支護有效性和掘進安全性。

3.2 地應(yīng)力因素

煤炭煤礦中，地應(yīng)力是具有較大安全影響的。其表現(xiàn)在會增加巖體位移、支撐物變形失效、煤層壓松等方面，甚至還會造成巖層斷裂、工程坍塌。為了有效解決這一隱患，確保煤礦的順利進行，具體的巷道掘進與支護時，務(wù)必全面有效的采取技術(shù)方案對作業(yè)面形成支護體系，與此同時，科學(xué)處理采空區(qū)，以促進煤礦作業(yè)的安全進行。例如，對頂板巖層進行支撐控制，這一方式在當(dāng)前的工作面保護支撐中較為常見，頂板管理支護技術(shù)即工作面支撐與采空區(qū)處理的有機結(jié)合。

3.3 巷道斷面尺寸及形狀因素

煤礦作業(yè)的巷道掘進中，巷道圍巖應(yīng)力的優(yōu)化和保護支撐是必不可少的，這就會造成斷面出現(xiàn)應(yīng)力不均的現(xiàn)象，為了可以使應(yīng)力得到分散，在設(shè)計階段應(yīng)優(yōu)化設(shè)計方案，采用合理的斷面形狀和尺寸，在實際的施工過程中，嚴格按照設(shè)計的斷面參數(shù)施工，圍巖有變化時，應(yīng)及時與設(shè)計單位聯(lián)系，不斷的優(yōu)化設(shè)計。

4 煤礦巷道掘進技術(shù)研究

4.1 做好地質(zhì)勘探工作

在煤礦巷道掘進時，為了避免地質(zhì)構(gòu)造及其環(huán)境影響到施工作業(yè)，對地質(zhì)構(gòu)造的勘探工作要引起重視，通過利用合理安排以及科學(xué)運用地質(zhì)勘探技術(shù)提升地質(zhì)構(gòu)造勘探的質(zhì)量和效率[2]。當(dāng)前，我國在地質(zhì)構(gòu)造勘察方面的技術(shù)能力還有待提高，在針對巷道地質(zhì)構(gòu)造實施勘探檢查過程中，可以采用三維地震綜合勘探技術(shù)，結(jié)合企業(yè)現(xiàn)實狀況和實際煤礦工程情況，在采區(qū)設(shè)計前進行三維地震綜合勘探，從而確保后期掘進過程更加安全。

4.2 控制瓦斯，做好瓦斯排放工作

巷道掘進時，不但要對支護問題進行考慮，還要綜合分析掘進環(huán)境是否安全穩(wěn)定，掘進的過程中，產(chǎn)生許多瓦斯是必然的，其屬于一類易燃性氣體，假如瓦斯含量較多、濃度較高，容易發(fā)生爆炸事件。因此，相關(guān)人員需要以科學(xué)有效的方式對瓦斯進行采集或排放，盡早合理釋放其壓力，盡可能降低巷道中的瓦斯含量；提前規(guī)劃，充分有效的利用瓦斯，促進煤礦經(jīng)濟效益的提升。掘進的過程中，相關(guān)工作者需要動態(tài)監(jiān)測巷道空氣中的瓦斯含量和濃度，如果濃度達到一定值，需要及時予以排放，確保安全后方可進行下一步的工作。

4.3 做好通風(fēng)防塵工作

掘進過程中，空氣中會漂浮著煙塵粉末，并且還會存在危害性氣體，例如瓦斯和CO2等，對灰塵和危害性氣體要予以及時的排除，避免巷道掘進工作者的人身健康和安全受到危害。通常來講，較為有效的手段是加強通風(fēng)防塵，巷道安全管理中應(yīng)當(dāng)安裝內(nèi)部通風(fēng)系統(tǒng)，這一系統(tǒng)分為兩部分，設(shè)備通風(fēng)以及自然風(fēng)，在設(shè)計安裝中要準(zhǔn)確定位兩者的位置，促使內(nèi)部風(fēng)壓以及需風(fēng)量達到巷道施工要求，通風(fēng)機在其中要配合輔助通風(fēng)系統(tǒng)，盡可能多的排除灰塵和有害氣體。針對灰塵，工作人員可以利用除塵器對灰塵進行吸收，降低空氣中的灰塵量，并且工作人員還應(yīng)當(dāng)對巷道內(nèi)部的溫度、濕度加以關(guān)注和控制，以保護井下工作人員的身體健康和設(shè)備的正常使用。

5 煤礦巷道支護技術(shù)

支護技術(shù)對巷道掘進施工具有重要的意義，同時也是煤礦安全生產(chǎn)的重要前提。在研究巷道支護理論的同時，還要將煤礦支護技術(shù)在巷道掘進施工中進行實際的應(yīng)用，通過實踐來證明技術(shù)的有效性。將研究實際情況作為基礎(chǔ)進行煤礦巷道支護理論的研究，有助于理論對煤礦巖層實際情況的正確解讀和預(yù)測[3]。煤礦巷道支護理論，是實際巷道支護工作的重要指導(dǎo)。像松動圈支護理論、新奧法支護理論、圍巖強度強化理論等等，都是當(dāng)前煤礦巷道支護技術(shù)的常用理論。根據(jù)圍巖和支護工作的關(guān)系不同，煤礦巷道支護形式也有所不同，作用力和作用方向都是支護工作對圍巖的影響因素。當(dāng)前主要有四種常見的巷道支護形式：第一，圍巖外層存在支護力作用，像支架支護就是最典型的；第二，在圍巖的內(nèi)外層同時存在支護力作用，從而自內(nèi)而外形成對圍巖的整體支護，像錨桿支護就是這種支護方式；第三，圍巖力學(xué)性質(zhì)的改變，圍巖的強度可以通過改變巖體構(gòu)成進行加強，像注漿加固方法就可以做到；第四，圍巖應(yīng)力狀態(tài)的改變，圍巖的強度會隨著受力狀態(tài)的改變而發(fā)生變化，可以控制應(yīng)力下降的區(qū)域。在這四種技術(shù)中，整體性的就屬錨桿支護技術(shù)，主要涉及了方案設(shè)計、地質(zhì)勘查、施工設(shè)備選擇以及作業(yè)質(zhì)量評估等工作?？茖W(xué)、嚴格的開展地質(zhì)勘查工作，結(jié)合周圍巖層的地貌、應(yīng)力等情況，提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)以支持支護設(shè)計。結(jié)合當(dāng)前收集到的數(shù)據(jù)信息，依據(jù)以往的施工經(jīng)驗對施工方法進行合理的設(shè)計。同時，還要開展嚴格的質(zhì)量評估工作在錨桿支護工作面形成后，從而為支護工作的安全性提供更為完善的保障。

6 掘進支護技術(shù)措施

6.1 井下主要使用的掘進技術(shù)

目前，煤礦進行掘進過程中的支護主要是采用錨網(wǎng)噴支護，由于井下條件復(fù)雜，針對不同的情況，支護方法也應(yīng)有差別，以求達到最好的支護效果，所以也可以選擇直接破頂法進行支護，或者使用錨桿進行臨時支護[4]。這兩種方法各有特點，第一種方法是在掘進過程中將部分結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定的圍巖保留，對于不穩(wěn)定的部分，拆除頂部再用錨網(wǎng)支護，第二種方法在對斷層比較多的巷道進行掘進時利用較多，還有就是坡度比較大的時候，作面以及巷道的穩(wěn)定性通過錨網(wǎng)索來加強。隨著機械水平的提高，井下很多機械設(shè)備都可以進行臨時支護，例如綜掘機的臨時支護可以通過機身的液壓鎖實現(xiàn)，具有安全可靠的支護作用。在巷道的支護中應(yīng)用最多的支護技術(shù)就是錨桿支護了，這種支護方式操作比較靈活，而且安裝時步驟簡單。錨桿可以加固圍巖頂部被應(yīng)力破壞后的滑動，減小圍巖的變形情況。

6.2 支護方式的改進，促進了煤礦的開采和進一步建設(shè)

針對當(dāng)前開采的問題和不足，對掘進支護方式應(yīng)該要有更高的要求，使其技術(shù)更加強硬，煤礦井下的機械化程度進一步提高，對于巷道來說也要進行改進，使之更加符合煤礦當(dāng)前實際開采情況[5]。進行深部巷道的掘進時，支護方式應(yīng)進一步進行優(yōu)化和改進，立足實際，積極接納先進的新技術(shù)和新設(shè)備，并針對管理方式和水平進一步進行完善和提高。支護技術(shù)達到可靠和高效以后，還需要做的是定期維護機械設(shè)備，發(fā)現(xiàn)故障和問題及時檢修或者更換，一旦發(fā)生危險，要有預(yù)防和應(yīng)急的措施；企業(yè)要要注重職工的整體提升，加強定期的教育和培訓(xùn)，提高其專業(yè)方面的知識，提高其工作能力和水平，實現(xiàn)企業(yè)與職工的共同發(fā)展、和諧發(fā)展。

7 煤礦巷道掘進裝備的發(fā)展

7.1 交叉支護掘進工藝裝備

在經(jīng)過長時間的使用和作業(yè)之后，有很多工作人員逐漸發(fā)現(xiàn)后置支護工藝在實際應(yīng)用過程中，雖然能夠促使整個掘進效率的有效提升，但是對頂板的日常管理而言，并不能夠發(fā)揮出任何的實質(zhì)性意義和作用。相反，還會導(dǎo)致一些不良的結(jié)果出現(xiàn)。而在利用后置支護掘進工藝的時候，可以采取有針對性的措施，促使其整個掘進速度可以實現(xiàn)最大化[5]。但是需要注意的一點就是，其在實踐中無法促使掘進速度與支護速度之間建立良好、科學(xué)、合理的匹配和利用。而為了實現(xiàn)這一根本目的，可以利用交叉支護掘進工藝，這種工藝手段在實踐中仍然在經(jīng)歷著不斷的改進和完善。在巷道掘進相關(guān)作業(yè)的具體落實過程中，將交叉支護掘進工藝裝備科學(xué)合理的應(yīng)用其中，不僅能夠保證整個裝備在實際應(yīng)用過程中的效率，而且還能夠保證質(zhì)量[6]。在某種程度上，這種工藝手段在應(yīng)用時，能夠促使掘進速度、實際支護速度之間的不平衡問題得到有效的緩解和處理。這樣在保證整個掘進效率得到有效提升的同時，還能夠最大限度保證頂板的安全和穩(wěn)定。

7.2 交叉支護掘進裝備未來發(fā)展

交叉支護掘進裝備在實際應(yīng)用過程中，可以實現(xiàn)與雙錨掘進機相互之間科學(xué)合理的配合和利用。兩者之間的有效結(jié)合，不僅能夠促使掘進的效率得到有效提升，而且還能夠保證頂板的管理水平得到有效提升。同時如果在施工過程中，對整個施工作業(yè)的要求并不是很高的時候，無論是與后置或者是前置掘進工藝相比，都是一種具有一定的優(yōu)勢特點的掘進方式。在這種背景下，交叉支護掘進裝備在未來發(fā)展過程中，可以為后續(xù)的支護速度提升提供有效保障。同時，還能夠盡可能減輕工作人員在日常作業(yè)時的強度，系統(tǒng)后部可以在其中裝設(shè)相對應(yīng)的機載錨桿鉆機或者是運錨機[7]。這樣才能夠最大限度保證掘進的時間得到延長，同時還能夠促使掘進效率得到有效提升。

8 結(jié)語

煤礦開采的重要步驟就是巷道掘進施工和支護，這直接影響著煤礦開采工作的順利進行，也直接影響著整個煤礦的布局和開采進度。在巷道掘進和支護工作中，對專業(yè)性的要求較高，同時，這兩項工作也直接決定著煤礦開采的效率以及開采工作的安全性，必須予以重視。因此，我們應(yīng)當(dāng)選擇合適的掘進設(shè)備，加強職工隊伍的建設(shè)，并對掘進施工的進度以及位置嚴格控制，同時將施工方法與地質(zhì)構(gòu)造結(jié)合起來，從而實現(xiàn)掘進施工和支護工作的可靠性、安全性，進而實現(xiàn)巷道掘進施工速度的提升。