采礦工程巷道掘進(jìn)技術(shù)與支護(hù)技術(shù)分析

田明富

（貴州省煤礦設(shè)計研究院有限公司，貴州 貴陽 550025）

1 概述

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，采礦工程行業(yè)面臨的市場環(huán)境日益嚴(yán)峻，作為企業(yè)，要想占據(jù)一定的市場份額，提升社會信譽(yù)，則必須注重采礦過程中的細(xì)節(jié)把控，做好人、物、環(huán)境等因素的監(jiān)管。作為技術(shù)人員，也需結(jié)合工程現(xiàn)場情況編制轉(zhuǎn)向掘進(jìn)與支護(hù)方案，以提高掘進(jìn)支護(hù)效率，有效避免安全事故的發(fā)生。

2 采礦工程巷道掘進(jìn)與支護(hù)概述

采礦時，需先對掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)進(jìn)行比對，采用專業(yè)的機(jī)械設(shè)備，建立科學(xué)的工程體系，以確保采礦工作的順利進(jìn)行。在巷道掘進(jìn)工作結(jié)束后，需立即進(jìn)行支護(hù)，在維護(hù)煤礦巷道周邊地質(zhì)穩(wěn)定性的同時，也可保障巷道整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固。在實際工作中，存在較多的影響因素，主要包括巷道圍巖強(qiáng)度因素、地質(zhì)環(huán)境因素以及地應(yīng)力因素。其中，圍巖強(qiáng)度會影響巷道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，需提前對圍巖進(jìn)行勘測確定強(qiáng)度，應(yīng)用錨桿技術(shù)可提高圍巖強(qiáng)度，加固巷道支撐效果。地質(zhì)應(yīng)力荷載能力也是勘測的重點，荷載關(guān)系著頂板的位移，而地質(zhì)應(yīng)力的增強(qiáng)與荷載能力的提升，可減少頂板位移。采礦工程的地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜多變，會遇到軟巖、硬巖、斷層或褶皺等不同問題，若盲目掘進(jìn)則會增加生產(chǎn)風(fēng)險。為此，必須對地表與地下地質(zhì)情況進(jìn)行勘察，采用差異性的掘進(jìn)方案。此外，地應(yīng)力也會對礦區(qū)開采造成影響，地應(yīng)力增大，則巖體位移增加，從而引發(fā)支護(hù)設(shè)備變形。巷道掘進(jìn)與支護(hù)工作影響因素與解決方法如表1所示。

表1 巷道掘進(jìn)與支護(hù)影響因素與解決方法

3 采礦工程巷道掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)應(yīng)用分析

3.1 掘進(jìn)技術(shù)要點

3.1.1 掘進(jìn)方式

在采礦工程巷道掘進(jìn)時，可有效運(yùn)用鉆眼爆破法，配合多臺鉆機(jī)進(jìn)行施工。在施工前，需對炮眼布設(shè)數(shù)量和掘進(jìn)深度等參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置。對于一般金屬非金屬礦層來說，周邊地層較為堅固，可采用單向掏槽技術(shù)。但就炮眼來說，若斷面較小，則應(yīng)采用復(fù)合式掏槽技術(shù)；若存在軟弱夾層，則需布設(shè)三個掏槽眼，而傾角必須控制在60°～90°范圍內(nèi)，斷面較小則需布設(shè)輔助炮眼。在鉆眼爆破過程中，需注意裝礦環(huán)節(jié)，通常采用STB-22L型扒裝機(jī)進(jìn)行作業(yè)。

3.1.2 瓦斯排放

采礦工程巷道掘進(jìn)時需注重瓦斯氣體排放的控制，對排放濃度進(jìn)行監(jiān)測，若濃度過高易引發(fā)中毒或爆炸事故。對于瓦斯排放需注意以下幾點：第一，創(chuàng)造良好的空氣環(huán)境，確保巷道中的空氣流通；第二，定時定點測量巷道瓦斯氣體濃度，為排放工作提供數(shù)據(jù)支持。

3.1.3 通風(fēng)防塵

根據(jù)工程情況選擇相應(yīng)的通風(fēng)設(shè)備型號及適宜的數(shù)量，科學(xué)規(guī)劃通風(fēng)機(jī)安裝位置。同時，需參照巷道掘進(jìn)工作的實際需求設(shè)置風(fēng)量與風(fēng)壓，在安裝通風(fēng)機(jī)時搭配風(fēng)筒進(jìn)行使用，但需注意漏風(fēng)和渦流等問題。在設(shè)備投入使用前，需先對風(fēng)機(jī)的性能進(jìn)行測試，確保其可滿足不同運(yùn)行環(huán)境下的作業(yè)需求。此外，因粉塵可燃，若大量積聚則會引發(fā)爆炸等事故，所以需安裝除塵系統(tǒng)。

3.2 支護(hù)技術(shù)要點

3.2.1 臨時性支護(hù)

所謂臨時性支護(hù)是指在巷道掘進(jìn)時采用的臨時性巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)。臨時性支護(hù)技術(shù)的優(yōu)勢為操作便捷，作業(yè)周期短。在很多采礦工程中，采用臨時性支護(hù)時會采用金屬支架，強(qiáng)度更高，也可反復(fù)利用，此種支護(hù)結(jié)構(gòu)也可作為永久性支護(hù)進(jìn)行使用。

3.2.2 永久性支護(hù)

（1）錨桿支護(hù)技術(shù)。錨桿支護(hù)包括頂板與煤幫兩種結(jié)構(gòu)，因性能、型號多樣，支護(hù)形式也更為多樣。例如，復(fù)合玻璃鋼錨桿，主要材料為玻璃鋼，內(nèi)端頭為左旋麻花結(jié)構(gòu)，桿體尺寸小于26mm，多用于孔徑為28～32mm 的鉆孔，可保證錨桿與巖層為正交，便于控制角度。在安裝錨桿時，需注重錨固劑的制作與使用，控制攪拌時間，且需一次錨固徹底，中途不得中斷。

（2）錨索支護(hù)。錨索支護(hù)方式的優(yōu)勢體現(xiàn)在：可充分發(fā)揮其在巖層上的作用，也便于巖層內(nèi)部的支護(hù)處理。實踐表明采用錨索支護(hù)方式進(jìn)行處理，可提高巖層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，有效避免在生產(chǎn)后期巷道頂板離層或者是巷道頂板下沉、垮落等問題。在實際操作時，技術(shù)人員應(yīng)使用專業(yè)的墩座或托盤等工具進(jìn)行施工，選用性能較強(qiáng)的錨索設(shè)備，以確保最終的支護(hù)效果。

（3）錨、網(wǎng)、噴支護(hù)。所謂錨、網(wǎng)、噴支護(hù)，是指先綜合使用錨桿、錨索、錨網(wǎng)形式，后對巷道均勻噴漿的支護(hù)方式。該支護(hù)方式的優(yōu)點為支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)更高，適用性更強(qiáng)，可應(yīng)用于所有掘進(jìn)巷道類型。但是弊端也十分顯著，操作工序繁雜，成本較高。因此，該支護(hù)形式多應(yīng)用于地質(zhì)條件復(fù)雜且施工要求較高的工程中，如井下專用回風(fēng)巷、小煤柱巷道以及為整個礦井服務(wù)的開拓巷道。

4 實例分析

4.1 工程概況

某煤礦工程擬建8203 回風(fēng)順槽巷道，巷道斷面呈矩形，其規(guī)格為4000mm×2400mm（寬×高），此巷道主要作為8203 工作面回采過程中的進(jìn)風(fēng)巷使用，設(shè)計服務(wù)年限大于1年。

4.2 回風(fēng)順槽系統(tǒng)巷道掘出技術(shù)

該工程選用鉆爆法，使用YT28型氣腿式風(fēng)動鑿巖機(jī)進(jìn)行打眼，斷面爆破一次完成，設(shè)計循環(huán)進(jìn)尺深度為1.8m。在工程前期，巷道采用楔形方案，四周的孔眼與設(shè)計方案中設(shè)計的輪廓線間隔距離控制在160～250mm 左右。爆破使用炸藥為2#煤礦許用乳化炸藥，設(shè)有毫秒延時起爆網(wǎng)路，配合使用MFB-200型隔爆電容式起爆裝置進(jìn)行爆破。工程施工范圍內(nèi)炮孔均設(shè)置為連續(xù)性裝藥結(jié)構(gòu)，爆破網(wǎng)絡(luò)通過串并聯(lián)方式進(jìn)行處理。在裝藥時，為盡量使炸藥接近炮孔的底部，施工單位選用雷管段別。對于水孔，設(shè)有防水套，通過此種保護(hù)方法保證炸藥干燥，避免因潮濕而拒爆問題。工程炮孔布置方案如圖1所示。

依據(jù)非金屬礦巷道錨固支護(hù)理論，對于螺紋鋼樹脂錨桿的各項物理參數(shù)需進(jìn)行深入分析，后再進(jìn)行設(shè)置，尤其是鉆孔的直徑、錨桿和樹脂錨固劑直徑，通過耦合配置確保支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。按照規(guī)定，鉆孔直徑與錨桿桿體直徑的差值應(yīng)控制在6～10mm 區(qū)間內(nèi)，鉆孔直徑與樹脂錨固劑直徑的差值應(yīng)控制在4～8mm 區(qū)間內(nèi)。該工程采用的鉆孔直徑為28mm，樹脂錨固劑的直徑為23mm，錨桿的內(nèi)徑為18mm，參數(shù)符合“三徑”匹配要求。

工程回風(fēng)巷道頂部選用的錨桿為?18mm×2000mm 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，托盤則使用的是150mm×150mm×10mm 鐵材質(zhì)，布設(shè)參數(shù)為：間距950mm，排距1000mm，一排設(shè)置的錨固數(shù)量為5 根。樹脂錨固劑為MSK2360，錨固力大于60kN，預(yù)緊力距大于100N·m。對于施工材料的選擇，錨索選用的是?15.24mm×4300mm 鋼絞線，而托盤則選用的是300mm×300mm×10mm 鋼材質(zhì)板，排距設(shè)置為3000mm，一排設(shè)置數(shù)量為1 根，單根錨索需使用兩支MSK2360 樹脂錨固劑，錨固力不低于150kN。巷道的頂部設(shè)置了金屬防護(hù)網(wǎng)，選用直徑為6mm的鋼筋進(jìn)行加固，網(wǎng)格為100mm×100mm，防護(hù)網(wǎng)規(guī)格為1100mm×2100mm（長×寬），相鄰網(wǎng)的搭接寬度為100mm，并使用16 號鉛絲扭結(jié)，扭結(jié)3 圈，間隔100mm 則需扭結(jié)一匝。

參照“敲幫問頂”法，施工單位決定使用長度大于2m 的長柄設(shè)備完成找盡浮煤、懸矸工作，打眼過程中安排專人全程監(jiān)測頂板狀態(tài)。對工作面進(jìn)行臨時支護(hù)時，多優(yōu)選前探梁。該工程的前探梁部位設(shè)有3 根12#槽鋼作為基礎(chǔ)，單根槽鋼的長度為4.0m，每根前探梁均聯(lián)合使用2 個方形吊環(huán)和工作面頂錨桿予以固定。方形吊環(huán)規(guī)格為400mm×200mm（寬×高）。每次放炮結(jié)束后，需移動前探梁位置，由外側(cè)向里推移，直至工作面迎頭300mm 以內(nèi)。后使用8 根剎頂木將前探梁背緊，剎頂木的規(guī)格為2400mm×150mm×50mm（長×寬×厚），施工人員在前探梁的掩護(hù)下即可安全作業(yè)。施工時會遇到頂板結(jié)構(gòu)損壞等意外情況，施工單位則視情況增加1根前探梁即可。工程支護(hù)形式如圖2所示。

4.3 效果分析

采用上述施工方案，在施工結(jié)束后對巷道進(jìn)行監(jiān)測，由監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，8203回風(fēng)順槽巷道變形均符合要求，如頂板和底板下沉的最大變形值分別為121mm、114mm，巷道兩幫壁的變形值為106mm，依此可判斷整體巷道較為穩(wěn)定。對巷道頂板的離層角度進(jìn)行分析，錨桿受力狀態(tài)正常，回風(fēng)順槽巷道的頂板擾動較小，其影響可直接忽略。所以，該工程巷道掘進(jìn)與支護(hù)效果良好，施工方案具有可參考性。

5 結(jié)束語

綜上所述，在采礦工程生產(chǎn)過程中，為保證巷道掘進(jìn)質(zhì)量和施工的安全性，應(yīng)提前掌握各類掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)的優(yōu)缺點，依據(jù)工程生產(chǎn)環(huán)境和作業(yè)需求，經(jīng)過技術(shù)評選后確定最佳方案。在施工過程中，還需建立相應(yīng)的監(jiān)測體系，營造良好的通風(fēng)環(huán)境，減少粉塵。對于施工單位來說，應(yīng)充分發(fā)揮專業(yè)設(shè)備和技術(shù)優(yōu)勢，準(zhǔn)確掌握掘進(jìn)與支護(hù)施工技術(shù)要點，保證采掘安全性和采掘品質(zhì)。同時，也可提高礦業(yè)生產(chǎn)的安全性和經(jīng)濟(jì)效益。