煤礦開采技術與掘進支護技術的分析

王芳林

(山西忻州神達棲鳳煤業有限公司，山西 忻州 036700)

引 言

煤礦行業對于我國社會經濟各方面發展有著巨大的作用，許多行業都需要使用煤炭資源，因此其發展離不開煤礦行業的支持。隨著我國經濟的快速發展，以及人口的增加，煤炭資源的需求量不斷加大。結合我國煤礦開采行業現狀進行分析，發現開采條件都較為惡劣，地質情況也十分復雜，這些自然環境因素給煤礦的開采帶來較大的阻礙。因此，需要不斷的優化煤礦開采等技術，不斷更新煤礦開采設備。對于掘進支護技術，其操作要更加符合規范，讓煤礦的開采工作能夠更加順利實施，提高開采的可靠性及安全性[1]。要想讓煤礦行業能夠持續健康發展，就要不斷更新優化相應的技術及設備，為煤礦行業發展提供保障。

1 煤礦開采技術現狀

煤礦開采企業在開展工作時，要使企業效益得到保障，就要提高開采效率，而先進的開采技術是開采效率提高的基礎。但目前相關開采技術還不夠成熟，需要不斷優化完善，不斷進行創新。我國部分地區的煤礦開采企業，在進行煤礦開采時所用技術仍然沿用傳統的技術，無法滿足現有社會經濟發展的需求。同時，煤礦開采率不高，安全事故頻發也是亟需解決的問題。煤礦開采工作的難度較高，并且開采過程較為復雜，要提高開采的效率，提高開采工作的安全性，就需要突破技術及設備上的難題，從根本上解決實際問題。此外，部分煤礦開采企業以高回報為目標，只注重企業的經濟效益而忽視了資源的合理安排，造成十分嚴重的浪費現象，反而對企業的發展帶來不利的影響。同時，煤礦的開采還會對生態環境造成一定程度的破壞，使得地下水資源逐漸減少，破壞周圍植被，對空氣也會造成污染，不符合我國可持續發展理念。從這一角度出發，不斷創新開采技術，優化開采流程，最大限度的降低環境污染及資源浪費[2]。

2 煤礦的開采條件

煤礦開采技術選擇，要以具體的開采條件為依據。我國的天然氣資源儲量不高，石油資源的形勢也較為緊張。現階段，煤炭資源是我國的主要能源。盡管煤炭資源較為豐富，但仍需對外進口以滿足市場需求。2015年—2020年，煤炭進口量連續五年上漲。我國2020年進口煤炭總量約3.04億t，同比增長1.49%,如圖1所示。現階段，我國礦井開采以淺層煤層為主，開采礦井通常具有表土薄、煤層多、等特點。礦井開采通常是以井下開采為主，露天開采的情況較少。隨著我國科學技術的發展，煤礦開采技術得到了優化，逐漸縮小著與發達國家采礦業的差距。

圖1 2014年—2020年我國煤炭進口量

3 煤礦開采技術分析

3.1 全面考察并結合煤礦開采的實際情況

在實際的開采過程中，保障開采效益最大化的基礎上，要不斷優化開采方式。如何使得開采方式與開采區域的地質條件以及企業資源條件相協調，就要合理的進行技術評價，完善巷道的布置，讓巷道的布置更加集中，從而提高工作面參數的準確度。合理布置巷道等措施可以降低煤礦開采過程中的巖巷掘進率[3]。

3.2 地下深礦井開采技術分析

地下深層礦井進行開采作業時，結合實際情況，合理設置礦井巷道。對礦井的抗壓能力、通風環境等方面也要予以足夠的重視。在巷道掘進過程中，可以對煤矸石進行科學處理，將其進行粉碎充當尾礦的填充材料，不僅可以減少填埋材料的運輸費用，還能夠降低煤礦填充作業的費用，進而提高煤礦開采企業的企業效益。

3.3 關于刨煤機分析

在煤礦開采作業中，刨礦機的使用較為廣泛。在實際作業中，刨礦機能夠提高煤礦的開采效率，提高采礦的效果。運用刨礦機技術還能夠對開采工作進行一定程度的簡化，利用無極繩進行礦井牽引工作，在進行分割采煤作業時能夠轉化為機械采煤的模式。運用刨礦機還能夠有效的降低人工成本，提高企業的經濟效益。

3.4 保水開采分析

保水開采是指利用地面注漿工藝技術，避免在開采過程中地表及地下水受到破壞。尤其是開采煤層這一環節，由于受到上覆巖層結構很容易被破壞，進而在一定程度上影響地下水系，甚至嚴重時還會形成地下漏斗。因此，保水開采技術的運用是十分必要的，在恢復地下水位的基礎上，能夠對上覆巖層的松軟巖石結構進行壓實，保證其能夠有效形成安全的隔水帶。

3.5 機械化放頂采煤法分析

當開展煤礦開采作業時，對于較厚的煤層可以使用機械放頂采煤法。在煤礦開采時，設置一個長壁工作面，再對煤層做松動處理，之后將頂層落下的煤進行粉碎，并將其運出。受到煤層形式不同的影響，機械化放頂采煤法的的使用方法也有所不同。

3.6 炮采技術分析

炮采技術就是利用爆破的手段，將礦巖從礦體中剝落下來，同時結合單體支柱支護等技術進行放頂、支護等一系列工作。炮采技術的工作面簡單，所需要的設備主要為煤電鉆、輸送機等，設備也較為簡單。該技術手段的適應性較強，能夠應用于各種作業環境當中，同時該技術的投入相對較小，具有支護簡單、工作面布置靈活等優勢，但其也有著局限性。在頂板的管理上，難度較大，同時其安全系數較低，在爆破過程中容易出現瓦斯中毒這一類安全事故。運用炮采技術進行開采作業，開采的效率相對其他技術手段來說不高，煤礦的產量較低，因此在現階段，該技術較多應用于部分小型的煤礦開采企業。隨著科學技術的不斷發展，煤礦開采技術的更新優化，該技術逐漸被采煤行業淘汰。

4 煤礦開采技術及工藝的發展方向

4.1 壁式體系煤礦開采技術

璧式體系煤礦開采技術的運用，給煤礦開采作業帶來許多方面的優勢，能夠提高煤礦開采的單位產量，提高煤礦的采出率，并且具有工作效率高，適用性強等特性。我國煤礦儲存極不均衡，同時儲存條件也十分復雜，煤礦開采作業在復雜的自然環境條件下具有一定的難度。在我國，緩斜煤層的儲存量與開采量之比大約為80%，綜合采煤程度低于50%，我國的厚煤層儲量也十分豐富，從厚煤層開采出來的煤炭量，大約占開采總量的45%。在厚煤層進行開采作業時，運用長壁體系的開采技術，其效果十分顯著，能夠提高開采效率及資源回收率。因此，壁式體系中的長壁綜采成為我國煤礦開采行業主要的發展方向[4]。

4.2 推進開采設備的創新發展

現代煤礦開采作業主要依賴各類開采設備，除了根據實際情況合理推動相關技術的發展之外，在未來的發展中，煤礦企業需將重點放在煤礦開采技術及工藝、開采設備的研發和創新方面。從中國煤礦行業發展角度來說，首先需重視對采煤設備，諸如輸送機及采煤機等功率的提升，研發大功率采煤設備，并對中國煤層地質構造的特點進行全面分析，根據煤層的不同類型，結合具體的采煤條件，研究設計與其相適應的采煤設備及相應的輔助設施。此外，在對采煤設備進行優化的基礎上，機面的高度也需要得以控制，避免出現安裝困難的情況。煤礦開采的相關設備研發，要重視節能環保，不僅要考慮設備的能源利用率，還需要重視設備運作時對周圍環境的影響，要保證采煤系統整體的流暢性，實現煤礦行業的健康發展。

5 在煤礦開采中的掘進支護技術應用

目前，我國煤礦以井工開采為主，這就要求對巷道必須進行支護。所謂的煤礦支護技術就是在煤礦開采的過程中，在巷道中打錨桿(錨索)或架棚對巷道進行加固的一種施工技術。而井工煤礦巷道支護主要以錨(索)網為主，它具有效率高、支護強度高、施工方便，實用大斷面掘進巷道支護等優點。 這一技術在煤礦開采技術中有著極為重要的作用，以廣泛應用。這就要求有關部門能夠對此有著足夠的重視，從而有效提高巷道圍巖的穩定性，有效確保煤礦開采作業的安全。

5.1 臨時支護U鋼法

當進行采煤作業時，工作環境的安全性要予以高度重視，尤其是采煤作業過程中，當遇到應力集中區或工作面通破碎帶時，容易引發巷道或工作面垮塌事故，嚴重威脅開采過程的施工安全。為了能夠有效避免此類狀況狀況的發生，就需要充分利用支護技術。對出現斷層的部位進行臨時支護，可以使用U型鋼架在原支護基礎上來進一步加固圍巖，能夠起到較好的保護作用。在實際操作過程中，將U型鋼架與錨桿支護二者結合利用，能夠大大提高巷道的支護強度。

5.2 直接破頂法

直接破頂法即利用掘進機，對礦井斷層頂部進行沖擊，最終留下較為穩定的頂板圍巖，接著利用錨網進行支護施工。當開采環境中的頂巖板較為脆弱時，進行開采作業時容易出現巖石碎裂的現象，這一問題會給支護作業的開展造成影響，使其難得有效開展。

5.3 后退臥底法

在實際的采礦作業中，當利用掘進支護技術進行加固時，假如出現了下移問題，在保證安全性的基礎上可以使用后退臥底法進行開展作業。首先對斷層落差進行觀察，判斷其是否超過2.5 m，斷層的實際狀態是否堅固，再利用錨網支護的方式進行補充作業，進一步加強煤礦巷道的安全性及可靠性。

5.4 綜合機械化掘進技術

華北地區煤層賦存穩定且較厚 井工煤礦煤巷掘進已基本實現了綜合機械化掘進技術(簡稱綜掘)。煤礦綜掘作業時使用到的主要設備、機具有：掘進機、可伸縮帶式輸送機、氣動錨桿機等。掘進機對于整個煤礦開采作業來說十分重要，其性能直接影響掘進作業的效率。所以，在選購掘進機時，要根據煤巖性質和地質條件合理選擇掘進機型號。在煤礦巷道掘進中，大部分掘進機都是懸臂式掘進機，具有破巖能力強、穩定性高等一系列優勢。綜掘工藝效率高，巷道成形好，安全可靠，月進尺可達500 m～1 000 m。

6 掘進技術中的重點及要點問題

6.1 掘進技術難點分析

煤礦開采的作業環境十分復雜，給礦井開采作業帶了許多風險及問題。持續的煤礦開采作業，會使得礦井頂板巖石應力呈現出上升趨勢，同時礦井頂部底板更加容易出現破碎等問題，給掘進作業帶來阻礙。此外，薄煤層在礦井中所占比例較大，給煤礦開采管理工作帶來一定的難度。

6.2 分析礦井地質條件對煤礦區域方面的影響

地質環境因素是煤礦開采過程中值得重視，復雜的地質環境給開采作業帶來一系列不利的影響，在實際的開采作業中，容易出現斷層等現象。煤層內部無論是水文環境，或是地質條件都較為復雜，需要選擇高應力的軟巖深層礦井幫助定位。

7 結語

隨著社會經濟的不斷發展，增加了對煤炭資源的需求，給煤礦行業帶來了新的發展機遇。另一方面，煤礦行業內的競爭愈發激烈，給煤礦企業帶來了更大的挑戰。在此市場環境下，要從創新的層面入手，不斷研發優化煤礦開采技術以及掘進支護技術，堅持可持續發展理念，為煤礦行業的發展帶來新的生機與活力。