采礦工程巷道掘進(jìn)和支護(hù)應(yīng)用

楊 鵬

(山西陽(yáng)城陽(yáng)泰集團(tuán)屯城煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048100)

引 言

現(xiàn)代采礦工程建設(shè)中，為全面維護(hù)企業(yè)的效益，務(wù)必高度重視采礦安全，在巷道掘進(jìn)施工中，工作人員務(wù)必合理應(yīng)用支護(hù)技術(shù)。具體來(lái)說(shuō)，作業(yè)人員需準(zhǔn)確掌握巷道掘進(jìn)技術(shù)的施工要點(diǎn)，并依據(jù)支護(hù)的需求，確定支護(hù)的類(lèi)型，以此改進(jìn)采礦工程質(zhì)量，保障采礦的安全性。

1 采礦工程巷道掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)特點(diǎn)分析

采礦工程巷道掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)機(jī)械化程度較高，與傳統(tǒng)的支護(hù)技術(shù)相比，錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)十分明顯，一方面能夠有效提升采礦工程掘進(jìn)及支護(hù)的效率，另一方面也可在保證支護(hù)效果的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格控制工程成本。同時(shí)，該技術(shù)的科技含量較高，在采礦工程掘進(jìn)及支護(hù)技術(shù)中融入了多種其他的先進(jìn)技術(shù)。在時(shí)代快速進(jìn)步的今天，也需要大力推動(dòng)錨桿支護(hù)技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新，以滿(mǎn)足社會(huì)發(fā)展的基本需求。錨桿支護(hù)強(qiáng)度較高，可顯著提高錨桿支護(hù)作業(yè)的效率[1]。

2 采礦工程巷道掘進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用

某礦礦區(qū)的雨季主要為4月～11月，4月～6月雨量較大，且雷暴雨較多，12月到次年3月霧氣較重，1月～2月有降雪，12月到次年2月會(huì)出現(xiàn)間斷性的霜凍，礦區(qū)內(nèi)潮濕多雨，濕度普遍超過(guò)80%，開(kāi)采對(duì)象的埋藏深度為30 m～83 m，且礦區(qū)有褶皺、斷裂和節(jié)理發(fā)育。

2.1 掘進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用

本礦區(qū)所處的地質(zhì)環(huán)境和地質(zhì)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，受多種邊界條件的影響，出現(xiàn)了褶皺、斷裂和節(jié)理現(xiàn)象。上述地質(zhì)構(gòu)造也對(duì)采礦工程巷道掘進(jìn)技術(shù)產(chǎn)生了較大的影響，進(jìn)而產(chǎn)生不同程度的安全和質(zhì)量隱患。所以在礦區(qū)巷道掘進(jìn)施工中，加強(qiáng)了地質(zhì)勘探、瓦斯排放、通風(fēng)防塵、巷道排水、通風(fēng)防塵及機(jī)械化掘進(jìn)等多項(xiàng)管理工作，以全面維護(hù)工程建設(shè)和施工的質(zhì)量與安全。

2.1.1 重視地質(zhì)勘探

掘進(jìn)施工中，為防止地質(zhì)結(jié)構(gòu)影響其他施工作業(yè)，規(guī)避采礦掘進(jìn)施工地出現(xiàn)塌方情況，需要加強(qiáng)采礦工程地質(zhì)勘探。為完善地質(zhì)勘察工作，創(chuàng)建了專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)較高的地質(zhì)勘察工作組，勘察中，對(duì)待掘進(jìn)的山體及周邊的地質(zhì)環(huán)境和地下水情況進(jìn)行全面勘測(cè)，加固可能對(duì)施工產(chǎn)生較大影響的地表水和地下水的圍巖，做好加固處理，維護(hù)圍巖的穩(wěn)定性，以此減輕水文因素對(duì)采礦掘進(jìn)施工的負(fù)面影響。

礦區(qū)地質(zhì)勘測(cè)中，采用三維地震綜合勘探技術(shù)，這能夠充分保障采礦掘進(jìn)施工的質(zhì)量和安全。大力開(kāi)展瓦斯排放工作，可以有效控制巷道內(nèi)瓦斯含量，防止瓦斯異常涌出而產(chǎn)生爆炸事故。在巷道掘進(jìn)施工中，采取掘進(jìn)抽放硐室超前預(yù)抽，相關(guān)人員要將巷道內(nèi)的瓦斯含量始終控制在既定的范圍之內(nèi)[2]。

企業(yè)引入了先進(jìn)的瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠采集巷道中的瓦斯、風(fēng)速、溫度等重要數(shù)據(jù)，也可控制巷道中的用電概況及風(fēng)門(mén)和機(jī)械的開(kāi)關(guān)設(shè)備運(yùn)行概況。在模擬巷道內(nèi)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，當(dāng)巷道內(nèi)的瓦斯?jié)舛韧{施工安全時(shí)，系統(tǒng)便可第一時(shí)間發(fā)出警報(bào)，切斷機(jī)械電源，指揮施工人員火速撤離，進(jìn)而維護(hù)施工人員的人身安全。

2.1.2 加強(qiáng)通風(fēng)防塵

掘進(jìn)施工中可產(chǎn)生大量的煙塵粉塵及瓦斯等有害物質(zhì)。對(duì)此，施工團(tuán)隊(duì)科學(xué)設(shè)置了通風(fēng)系統(tǒng)，及時(shí)排除灰塵和有害氣體。另外，合理利用除塵器吸收巷道內(nèi)的灰塵，減少空氣中的灰塵，建立通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)煤礦中的通風(fēng)、氧氣含量和灰塵含量。融合通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，檢測(cè)巷道中空氣成分含量，以加強(qiáng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。

2.1.3 完善巷道掘進(jìn)

礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境與環(huán)境特殊性尤為明顯，如無(wú)法保證巷道掘進(jìn)施工設(shè)計(jì)的合理性，就會(huì)極大阻礙巷道掘進(jìn)的有序進(jìn)行，甚至引發(fā)嚴(yán)重的安全隱患。巷道掘進(jìn)施工中，如掘進(jìn)裝置及技術(shù)滯后，則會(huì)在很大程度上阻礙掘進(jìn)施工的有序開(kāi)展。所以在巷道掘進(jìn)施工中，務(wù)必嚴(yán)格遵守巷道掘進(jìn)施工的制度要求，采用多道工序交叉作業(yè)的方式，提高巷道掘進(jìn)效率。由于礦區(qū)環(huán)境十分特殊，故而需同時(shí)開(kāi)展巷道掘進(jìn)和巷道支護(hù)，以此保障巷道掘進(jìn)安全，縮短支護(hù)施工的時(shí)間，促進(jìn)整體施工作業(yè)的高效開(kāi)展[3]。

2.1.4 嚴(yán)格把控巷道排水

該礦區(qū)的降雨量較為豐富，這就要求施工團(tuán)隊(duì)高度重視巷道排水。雨季來(lái)臨后，礦區(qū)的山體邊坡兩側(cè)雨水可向頂柱低洼位置匯聚，尤其是地表形成采空區(qū)后，則需采用多種方式聯(lián)合排水的模式。為及時(shí)解決上述問(wèn)題，應(yīng)采取科學(xué)有效的方式完善巷道排水預(yù)處理工作。結(jié)合礦區(qū)實(shí)際和施工條件，可采取攔截、堵、抽的處理方式。巷道排水時(shí)，及時(shí)疏通井下排水溝，快速處理排入井下的水，高度重視水泵管理，確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 采礦工程巷道支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

巷道支護(hù)在采礦施工中尤為關(guān)鍵，只有確保支護(hù)質(zhì)量，方可保障采礦人員的人身安全，從而推動(dòng)采礦施工有序進(jìn)行。采礦作業(yè)中，企業(yè)需引導(dǎo)施工人員正確認(rèn)識(shí)巷道支護(hù)，使其準(zhǔn)確把握巷道支護(hù)技術(shù)要點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)流程，提升采礦作業(yè)水平，為采礦工作的有序開(kāi)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[4]。

2.2.1 臨時(shí)性支護(hù)技術(shù)

臨時(shí)性支護(hù)主要是為高度順應(yīng)巷道掘進(jìn)的需要，在掘進(jìn)施工中，巷道截割斷面形成后，為較小空頂時(shí)間，及時(shí)進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)對(duì)巷道實(shí)行臨時(shí)支護(hù)。如采用木支架支護(hù)的過(guò)程中，要采用梯形木棚，其自重小，安裝和加工十分便利，適應(yīng)性較強(qiáng)。但該方式強(qiáng)度較低，防火性較差。所以，多為臨時(shí)性支撐，服務(wù)周期較短。又如選用金屬支架時(shí)，該支架具有較高的強(qiáng)度，拆卸便利。應(yīng)用中也要以服務(wù)年限為基礎(chǔ)選擇背板材料。

2.2.2 永久性支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

加強(qiáng)臨時(shí)支護(hù)的過(guò)程中，也必須關(guān)注永久性支護(hù)。為此，人員需結(jié)合實(shí)際確定具體支護(hù)類(lèi)型。永久性支護(hù)主要分為錨桿支護(hù)技術(shù)、預(yù)制鋼筋混凝土支架、混凝土支護(hù)等形式。錨桿支護(hù)技術(shù)的支護(hù)效果較為理想，經(jīng)濟(jì)性和安全性?xún)?yōu)勢(shì)也尤為明顯。常見(jiàn)的錨桿支護(hù)技術(shù)有頂板錨桿和煤幫錨桿，二者規(guī)格和性能存在明顯差異，支護(hù)類(lèi)型較為豐富。在安裝錨桿的過(guò)程中，要求人員依據(jù)錨固劑的形制確定攪拌的時(shí)間。同時(shí)，在安裝中一次性錨固到底，避免出現(xiàn)施工中斷的情況。

預(yù)制鋼筋混凝土支架技術(shù)利用混凝土制作支架，在礦井內(nèi)完成裝配工作，以維護(hù)梁柱接口密實(shí)度。該技術(shù)的支護(hù)強(qiáng)度大，投入成本低，但自重較大，伸縮性能差。常見(jiàn)的技術(shù)形式是吊環(huán)式前探梁，是基于上述支護(hù)措施利用三根吊掛前探支架，依據(jù)一定的長(zhǎng)度和間距在巷道中平行布置，且強(qiáng)度與吊環(huán)間也需做好協(xié)調(diào)和搭配工作，規(guī)定固定點(diǎn)在2個(gè)以上，注重其緊固性，以改善支護(hù)效果[5]。

2.2.2.1 砌碹支護(hù)技術(shù)

砌碹支護(hù)也是常用的巷道支護(hù)方式之一，主要以材料砌碹和混凝土砌碹兩種方式為主。在煤炭井下開(kāi)采中起到非常重要的作用。在分析砌碹支護(hù)過(guò)程中，可將其優(yōu)勢(shì)概括如下：連續(xù)性、整體性較強(qiáng)，可加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的密閉效果，減少風(fēng)化對(duì)巷道帶來(lái)的影響；堅(jiān)固性、耐久性、防火防水性理想，不用擔(dān)心滲透等問(wèn)題對(duì)巷道安全帶來(lái)威脅；使用材料普遍，來(lái)源廣泛，可節(jié)省更多運(yùn)輸時(shí)間，保證施工效率。不過(guò)該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中也存在一些問(wèn)題需要把控，如在使用砌碹支護(hù)時(shí)，頂部結(jié)構(gòu)承壓能力發(fā)生改變，出現(xiàn)了不均勻現(xiàn)象，側(cè)向受壓嚴(yán)重，裂縫問(wèn)題頻出，養(yǎng)護(hù)時(shí)間長(zhǎng)，造價(jià)成本高。

2.2.2.2 棚式支護(hù)技術(shù)

棚式支護(hù)技術(shù)在不同開(kāi)采作業(yè)中的應(yīng)用形式也存在較大差異，起到的作用效果也會(huì)有所不同。不過(guò)總體來(lái)說(shuō)，棚式支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用能夠精準(zhǔn)計(jì)算巖柱的厚度，為測(cè)量放線(xiàn)、位置確定等設(shè)計(jì)工作的開(kāi)展提供可靠依據(jù)。在支護(hù)棚搭建過(guò)程中，可直接選用金屬材料，從而加強(qiáng)支護(hù)效果，降低施工難度，確保棚式支護(hù)性能的充分發(fā)揮。某地區(qū)煤礦井下巷道開(kāi)采工作中，在圍巖破碎區(qū)域內(nèi)就采用了棚式支護(hù)方式，加強(qiáng)了拱形開(kāi)采巷道的穩(wěn)定性，降低了安全事故的發(fā)生率。

3 智能掘進(jìn)

以往采礦工程中巷道掘進(jìn)多是采用人工掘進(jìn)方式實(shí)現(xiàn)的，根據(jù)巷道具體情況，借助人工操作模式完成切割作業(yè)，且為保證切割質(zhì)量，會(huì)以蛇形為切割走向，該種方式雖然也能夠滿(mǎn)足巷道掘進(jìn)要求，但在實(shí)際作業(yè)中，經(jīng)常會(huì)因?yàn)槿藶槭д`使切割走向發(fā)生偏移，影響最終成型，降低巷道掘進(jìn)的穩(wěn)定性和安全性。

鑒于此，相關(guān)人員通過(guò)經(jīng)驗(yàn)研究，將以往的蛇形切割方案轉(zhuǎn)變成現(xiàn)今的回型切割方案，以機(jī)械作業(yè)方式完成智能化切割，避免偏差或不穩(wěn)定情況的出現(xiàn)，做到一次成型。回型切割方案分為正回和逆回兩種形式。在實(shí)際作業(yè)中，工作人員需要按照方案內(nèi)容對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，按照方案要求路線(xiàn)開(kāi)展切割作業(yè)，同時(shí)在切割工作開(kāi)展前，需清除存在的浮煤，以免增加刀具阻力，拖慢切割進(jìn)度。切割臂要從一端到另一端實(shí)施掏槽作業(yè)，之后開(kāi)展垂直切割，使回型巷道一次成型，維護(hù)巷道掘進(jìn)安全性。

智能掘進(jìn)的優(yōu)勢(shì)在于，從巷道外側(cè)直接切入，并在進(jìn)入內(nèi)測(cè)后，自動(dòng)控制切割速率，保證巷道截面的質(zhì)量，待截面成型后再加速實(shí)施切割作業(yè)，確保成型率，提高巷道掘進(jìn)的安全性。相較于傳統(tǒng)方案，落實(shí)該方案能夠?qū)⑶懈畛尚吐侍嵘?3%左右。

4 結(jié)語(yǔ)

采礦工程巷道掘進(jìn)中，要求工程人員合理應(yīng)用完善的地質(zhì)勘探技術(shù)，有效控制多種風(fēng)險(xiǎn)因素，從而優(yōu)化工程施工質(zhì)量，增大工程施工安全系數(shù)。在礦產(chǎn)開(kāi)采前，要進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)評(píng)估，以此對(duì)施工進(jìn)行安全指導(dǎo)，施工中也要注重環(huán)境保護(hù)，增大資源利用率，以先進(jìn)的技術(shù)和完善的實(shí)施方案，提升巷道掘進(jìn)和支護(hù)施工水平。