復雜地質條件下的煤礦采煤掘進支護技術及運用

＊趙忠偉

（山西煤炭進出口集團左權宏遠煤業(yè)有限公司 山西 032600）

引言

現代化社會環(huán)境下，煤礦企業(yè)在煤礦開采工作中，既要重視工作效率又要重視整體成本，而對于煤礦開采這樣的特殊工作而言，安全作業(yè)既影響作業(yè)效率，同時也直接影響開采成本，因此必須從多角度保障煤礦開采作業(yè)安全。煤礦開采過程中井下掘進是重要的工作內容，在掘進過程中，不僅要根據煤礦具體地質情況采取合適的掘進方案，同時在掘進過程中也要重點進行支護加固，使用何種機械進行掘進、采取哪種措施進行支護，這些都是煤礦開采工作需要考慮的重點問題。由于當前復雜地質條件下，煤礦相對較多，這給整體開采工作帶來了較大難度，因此更應重視掘進支護技術，同時認清復雜地質下煤礦開采的難度，以此為基礎，妥善應用于實際工作之中，這樣才能最大限度保障作業(yè)安全。

1.掘進支護技術簡析

在煤礦開采掘進過程中，隨著掘進長度和掘進深度的不斷增加，需要對圍巖進行有效支護，做好支護工作是保障掘進安全，建立相應工作面的基礎。在煤礦掘進過程中，由于掘進深度和長度不斷增加，加之掘進過程會對圍巖造成較大的力學影響，容易出現圍巖層移動變形等危險情況，因此隨著掘進工作的不斷進行相應的支護工作也必須到位。目前來看，掘進支護技術主要包括掘進設備和技術的選擇以及相應的支護技術兩部分，這兩部分工作都與煤礦地質情況有關，其中支護作業(yè)采取錨桿支護和金屬支架支護等方式進行，很多情況下需要采取復合支護的方式才能滿足復雜地質條件下掘進支護需求。當前支護技術主要包括金屬支架支護、圍巖支護以及復合支護等，金屬支架支護采取直接支撐圍巖的方式加強其穩(wěn)定性，而錨桿支護則是通過鉆孔和錨桿嵌入的方式增加巖層之間的摩擦力同時改變巖層受力結構來增強圍巖穩(wěn)定性。不論采取哪種支護技術都需要結合具體地質情況以及掘進工作需求來進行具體設計，這樣才能最大限度保障作業(yè)安全。

2.復雜地質條件下煤礦采煤掘進面臨的困難

不論是何種地質情況下的煤礦掘進工作，隨著其掘進的深入，頂板受力和拱狀圍巖受力情況都會發(fā)生較大變化，頂板圍巖和拱狀圍巖受力明顯增加，而在這種情況下，如不能進行較好的支護作業(yè)很容易出現松動塌方等危險情況。而從復雜地質條件下的煤礦掘進作業(yè)來看，其難點問題相對較多，首先，在不同區(qū)域進行掘進作業(yè)時，其圍巖性質變化比較明顯，不同區(qū)域的圍巖，在掘進過程中，由于整體性質不同，因此受掘進影響而產生的受力變化也不同，在這種情況下，如不能做好前期勘探和作業(yè)中分析工作，很容易導致支護和掘進技術應用不合理，這是發(fā)生安全事故的重要原因。其次，由于復雜地質條件下進行煤礦掘進作業(yè)，多數情況下其巷道坡度相對較大，因此在角度和地質情況的影響下，隨著掘進工作的不斷推進巖層受力變化情況比較明顯，在這種情況下，支護技術和具體支護技術的設計方案都要隨之變動，這也大大增加了掘進工作的難度。最后，由于很多煤礦企業(yè)在掘進作業(yè)過程中支護技術發(fā)展滯后，因此，不能采取科學的支護方式來保障作業(yè)安全，企業(yè)自身具備的支護技術難以滿足復雜地質條件下煤礦掘進作業(yè)要求，這也是當前在該類型煤礦掘進作業(yè)中面臨的重要問題。

3.煤礦采煤掘進支護技術應用

(1)掘進方面技術應用

①掘進機選擇

掘進機是煤礦采煤掘進工作的核心設備，根據具體作業(yè)需求選擇相應類型的掘進機非常重要。目前來看，掘進機的選擇要以多方面實際因素來進行考慮，包括煤層條件、輸送機液壓、支架等配套設備情況，當前煤礦開采過程中，煤層厚度可以分為極薄煤層、薄煤層、中厚煤層和厚煤層4類，其中極薄煤層煤層厚度小于0.8m，此類煤層由于其最小截高非常小，因此一般采用爬底掘進機。而薄煤層，其煤層厚度在0.8～1.3m之間，當最小截高在0.9m以內時，一般選擇騎槽式掘進機。中厚煤層的煤層厚度在1.3～3.5m之間，此類煤層應選擇大功率采煤機。而后煤層由于其煤層厚度在3.5m以上，因此一般選擇大采高綜采方式進行掘進。

②掘進機臨時支護

掘進過程中由于巖層受力情況不斷發(fā)生變化，因此也需要進行支護處理，這樣才能保障作業(yè)安全。掘進機自身帶有液壓鎖功能，利用液壓鎖建立穩(wěn)定平面并進行臨時支護。進行臨時支護能夠有效減少掘進作業(yè)對于附近巖層的直接影響，減少掘進作業(yè)過程中發(fā)生巖層塌方的風險。以ZLJ20為例，該機型能夠在掘進機作業(yè)過程中為其前方提供一定程度的超前支護，其臨時支護面積達到1.625m×1.925m，這一安全支護面積為進一步掘進作業(yè)提供了很好的安全保障。

③截齒選擇

截齒是掘進作業(yè)的直接設備，其整體工作性能直接決定了掘進作業(yè)的效率和質量，目前來看多數截齒本身能夠適應多數巖層，但是由于復雜地質環(huán)境下巖層具體性質隨掘進工作的進行會發(fā)生較大變化因此仍值得重點注意截齒的選擇，目前掘進機上常見的截齒種類包括U75/S100/S120/S150等類型，其硬度相對較大，但是對于特別堅硬的巖層而言，一般不推薦使用截齒，根據實際情況選擇其他方式處理特別堅硬巖層能夠保障安全。

(2)支護方面技術應用

①直接破頂

對于頂板巖層松軟，容易在掘進過程中出現位移和塌落的煤礦，在掘進過程中可以直接使用掘進機進行破頂操作。掘進機對頂板上層的松軟巖層進行破除，然后使用錨網支護的方式強化剩余堅硬巖層的穩(wěn)定性，使用這一方法需要注意巖層硬度以及高度差，目前普遍認為巖層硬度大于5或者巖層高度差相對較大時，由于容易出現塌落的問題一般不進行直接破頂，應直接考慮錨桿支護。

②退后臥底

當斷層面在掘進過程中朝向開門方向的煤層出現下移情況時，可以考慮使用后退挑頂中的退后臥底方式。該技術主要是利用錨桿進行頂板支護，當掘進工作推進至相應的斷層面時，查看煤層頂板與當前巷道頂部的具體位置，如二者位置保持一致則直接使用錨桿對頂部進行支護，注意錨桿間距，宜采取小間距（0.8-1.0m）的間距進行支護。

③錨桿支護

很多地質條件比較復雜的煤礦在掘進過程中其礦區(qū)斷層落差都比較大，這種情況下巷道整體的穩(wěn)定性無法得到保障，進一步掘進工作受阻，面對這種情況一般采取錨桿支護搭配U型鋼的方式來保障支護效果。U型鋼的使用目的主要是為了強化巷道整體穩(wěn)定性，加強周圍巖層在掘進應力作用下的靜摩擦力，而在此基礎上使用錨桿支護方式能夠進一步增加不同巖層之間的靜摩擦力從而起到雙重支護效果。錨桿長度應得到保障，分析塑性區(qū)的范圍，如果塑性區(qū)比較大，應該采用全長錨固式錨桿，同時對于頂板進行錨桿支護時，要注意角度問題，目前來看多數煤礦頂板錨桿支護角度應貼近90°，拱巖層錨桿角度也不宜過大，應控制在25°以內。

4.結束語

當前我國煤炭開采技術正穩(wěn)步提升，在煤礦掘進作業(yè)中，要注意做好相應的支護工作，保障掘進工作高效安全進行才能最大限度提升企業(yè)經濟效益。掘進支護作業(yè)要從掘進技術設備應用以及支護設備技術應用兩個方面來進行考量，在復雜地質條件下進行掘進作業(yè)，不僅要做好前期勘探工作，而且在實際作業(yè)過程中也需要格外注意巖層隨掘進作業(yè)進行而發(fā)生的變化情況，隨時根據巖層情況調整掘進和支護方案，這樣才能保障掘進工作順利進行。