煤炭采礦工程巷道掘進和支護技術的應用

鄭建峰

(陽城縣集團實業有有限公司，山西 晉城 048100)

煤炭采礦工程中巷道掘進及支護技術的科學應用，能夠加快開采進程，維護開采過程中的安全性，減少事故的發生，為煤炭行業發展提供動力。但巷道掘進與支護技術的應用還存在一些不足，希望下文的論述能夠解決這些問題，提高開采水平，減少煤炭資源的浪費。

1 煤炭采礦工程巷道掘進與支護概述

煤炭采礦工程建設中，務必高度重視巷道掘進及支護施工。巷道掘進是巷道支護的重要基礎。煤礦開采中，直眼掏槽和斜眼掏槽有機結合是掘進施工中的主要方式。通常，若煤礦巷道經過軟巖夾層后，則需合理利用斜眼掏槽技術。如在掘進時炮眼斷面較大，可設置輔助眼。巷道掘進施工中應科學選擇機械設備，做到優化組合，建立科學的一體化流水式掘進系統。同時，實現掘進施工設備與煤礦回采設備的有機結合，有效提高煤礦開采的效率[1]。

巷道掘進結束后，需做好支護工作，支護要以預留煤柱為核心，且在巷道的上、下區段分別預留煤柱，以此減輕回風巷的支撐壓力。其次，高度重視通風及排水處理。在處理采煤巷道的過程中，注重巷道施工的安全性與穩定性。巷道支護前，要結合施工數據計算預留煤柱的寬度，高度重視預留煤柱的管理工作。

2 采礦工程巷道掘進技術的應用要點

2.1 掘進技術

在煤炭采礦巷道掘進作業中，較常使用的掘進技術以機械化掘進和大斷面連續型掘進這兩種為主，兩種方式在落實過程中，均需做好前期勘察作業，確保選擇的掘進技術與實際情況相符。同時，不同掘進技術在開采作業中，關注的重點內容也各不相同。機械化掘進技術需要對供電系統和運輸線路實行科學規劃，保證機械設備有充足的電力支撐，在掘進作業中不會因偏差的產生而威脅巷道安全性。大斷面連續型掘進則要對間斷性處理手段加以管控，結合現場情況，合理規劃掘進開采方案，以優化開采工作效率，避免危險的發生。大斷面連續型掘進，如圖1所示。

圖1 大斷面連續型掘進

2.2 地質勘察

煤炭開采工程巷道掘進作業開展前，為提高開采效率，需要在作業開展前，做好現場地質勘察工作，準確了解開采現場地質構造及環境條件，以推動掘進工作的有序進行。不過依照現有的勘察技術，我國還需進一步改善技術水平，增強勘察的精確性。在地質勘察中可應用三維技術，對地層變化特征予以全面了解和掌握，同時結合這些數據分析地震災害出現的可能，做好前期預防和控制，合理規劃開采區域，確保鉆孔的安全性[2]。

2.3 瓦斯排放

在巷道掘進施工中，瓦斯爆炸帶來的損失是無法估計的，為保障巷道掘進的安全性，做好瓦斯排放及開采面的安全把控尤為重要。在巷道掘進施工前，工作人員需要對掘進工作面開展事先排查，檢查巷道內瓦斯濃度，并設置實時監測設備，準確監控瓦斯濃度變化，避免危險事故的發生。其次，在指定位置做好瓦斯排查工作，一旦發現泄漏問題，要立即采取有效措施，避免爆炸事故的發生。在瓦斯排放上應合理設置通風裝置，保證巷道掘進面的空氣流通，以防瓦斯過量堆積。

2.4 巷道防塵通風

巷道掘進施工中粉塵產生及過量堆積會降低巷道內的空氣質量，并隨著粉塵數量的增多，對人體呼吸系統及內部機能造成損害。所以在巷道掘進中，要做好防塵通風處理，降低粉塵量，以優化巷道掘進面的工作質量。巷道開采面中，通風裝置可借助機械設備和自然通風兩種方式實現，在具體規劃中要對通風位置予以準確定位，以達到巷道通風要求。內部氣壓和所需風量需滿足道路建設的要求，通風機必須與輔助系統一起使用，以清除大量灰塵和有害氣體。對于灰塵，相關人員可以使用真空吸塵器吸收灰塵并減少空氣中的灰塵量。另外，工作人員還需要注意隧道的溫度和濕度[3]。

3 采礦工程巷道支護技術的應用要點

3.1 預留煤柱

預留煤柱支護技術作為傳統支護技術的一種，是在上下區分別預留原有煤柱來降低支撐壓力的一種方式，該技術的應用條件為：上區段為運輸平巷，下區段為回風平巷，這樣才能加強巷道上下結構的穩定性，改善巷道內通風和排水效果，提高巷道作業質量。不過該技術在實際應用中會消耗較大的資金成本，且要保證支撐壓力不會直接傳遞到巷道底部，否則很容易威脅到整個區域的安全性。值得注意的是，在采用預留煤柱支護技術時，還需要對預留煤柱寬度、預留煤柱所在位置加以科學管控，以發揮其實際效用。

3.2 可伸縮支架

可伸縮支架支護方式在應用中，會根據承載負荷能力分為兩種類型，即極限承載負荷和實際承載負荷。承載負荷能力的確定應按照支架伸縮能力進行合理劃分，以滿足不同類型巷道的支護要求，推動開采工作的順利開展。通過對兩種可伸縮支架支護方式的分析可知，實際承載負荷應用重點在連接件和伸縮支架剛度的管控上，極限承載負荷應用重點是巷道塑性變形能力的把控上。正常情況下，可縮性支架的實際承載能力應該小于極限承載能力，當可縮性支架的極限承載能力與實際承載能力之間的差值最小時，表明可縮性支架已達到最佳狀態。

3.3 錨桿錨索支護

錨桿、錨索支護是目前煤炭開采工程中較常使用的一種支護方式，在增強圍巖結構穩定性上有著顯著效果。錨桿支護在最開始應用中，主要是預防破損巖體掉落，避免圍巖結構擴容的主要措施，但隨著巖層變動頻率的增加，巖體結構變化加劇，錨桿支護需要深入到巖層深處，通過與穩定巖層的有效銜接構建完整的支護結構，維護巖體安全性，防止巖塊掉落等危險事故的發生。錨索支護是錨桿支護的一種輔助方式，可將圍巖和錨桿的次生層予以有效連接，從而增大結構承載力，加強結構的整體性和穩固性，保證巷道質量[4]。

3.4 型鋼支護

煤炭開采工程中選用的型鋼支護，以工字鋼和U型鋼為主，重點針對橢圓形、圓形、半圓形巷道開展支護工作，能夠針對戶型巷道給予良好的支撐和保護，防止復雜地形產生掘進工作面偏移的情況，維護巷道穩定性。型鋼支護的優勢在于，借助型鋼自身較強的抗拉、抗壓及抗剪能力，提高巷道內橫縱向截面的承載能力，降低掘進阻力，減少因地形變化帶來的危險。此外，礦壓支護型鋼的斷面結構參數還會受到抗彎截面模量的影響。所以，煤礦巷道在選用礦用支護型鋼進行支護時，應該合理選擇支護型鋼的幾何形狀，控制抗彎截面模量。

4 優化煤炭采礦工程巷道掘進與支護技術的方法

4.1 科學選擇掘進設備，維持掘進作業的穩定性

煤炭開采中巷道掘進需要選擇穩定性較強的掘進設備，以保障開采工作的有效落實，降低不良環境對掘進作業帶來的影響。工作人員需要根據巷道具體情況及施工方案，對掘進設備實行科學分析和控制，以保證連續作業質量，克服惡劣環境的影響，增大掘進作業的安全系數。隨著國產化進程的推進與設備引入機制的設定，國內巷道掘進技術有了很大的發展，并且形成了良好的掘進工藝與發展模式。在恰當的部位使用鑲嵌式組合，借助模塊結合的形式，幫助設備做好維修拆卸，這樣才能確保設備的穩定性。

4.2 落實機電一體化

落實機電一體化管理方案，可實現對掘進設備的動態化管控，準確判斷設備運行情況，及時了解存在的故障問題并加以解決，從而完善掘進工作質量。利用現代測控技術完成掘進設備的科學評估與遠程監控，以完善電機供電質量，調整運行效率。

4.3 支護管理

為保證巷道掘進工作的安全性，應做好支護結構的科學設置，以改善結構支撐效果。比如加強支護網剛度，做好薄弱環節錨梁支護處理；有效控制螺母精準性，按照錨桿要求選擇配套螺母，以優化支護結構的抵抗性能，規避因應力變化帶來的危險；做好掘進過程的動態化監督和管控，及時了解巷道支撐效果，并對問題區域展開科學處理，維護結構的整體性和安全性；做好巷道支護材料質量檢查和驗收，有特殊要求的材料應接受抽樣檢測，確定質量合格后，方能應用在實際作業中；支護作業需嚴格按照規范要求展開操作，注重各環節管控，以強化支護效果[5]。

5 結語

總之，在煤炭開采工程中合理選用巷道掘進和支護技術，科學規劃施工方案，對于開采作業的安全推進有著重要意義。相關人員應從選擇掘進設備、支護管理、落實機電一體化等多方面出發，加強采礦工程施工規范性，提高煤炭開采質量，從而減少損失的形成。