煤礦開采技術與掘錨支護技術的分析

＊胡啟才

（中陽縣應急管理局安全生產技術服務中心 山西 033400）

在我國，煤炭資源是非常重要的一種能源，煤礦行業對社會的發展與經濟水平的提升也有著極大的影響，要想構建系統的技術體系，煤礦企業就要提高技術和產業發展的安全性，這樣煤礦行業在市場競爭中的優勢便可全面提高。所以針對我國當下使用的掘進、開采技術，其雖能滿足現代化生產與發展需求，但在應用的過程中，因技術類型存在差異，所以成本投入和產量均不相同，為了促進我國煤礦開采技術的優化、并滿足市場競爭力的提高需求，煤礦企業必須嚴格管控技術應用，全面考察開采作業現場并針對性采用施工技術，這在很大程度上都能提升煤礦開采的效率，還能將作業風險降到最低，開采人員的生命財產安全也能得到保障。

1.當下我國煤礦開采業的發展現狀

我國煤礦資源較為豐富，在很多地區煤礦資源的分布相對集中且具有極大的產量，如新疆地區，該地區的煤礦產業在很大程度上促進了我國經濟的穩定、快速的發展，但結合當下情況，該地區的煤礦開采作業還存在許多問題，就如伊犁地區的煤炭儲量十分豐富，煤礦企業的數量極多，而由于個別煤礦企業過度追求高額利潤，并不計后果的開采煤礦且采用的開采技術水平參差不齊，這在很大程度上引發了許多安全事故，其中煤礦企業采用的開采設備與技術較為落后，在開采作業上的成本投入較低，再加上未合理制定風險預警措施，這不僅大大降低了煤礦開采的效率，還導致大量的煤礦資源被肆意浪費，對我國生態環境也產生了極大的影響，煤礦回采率極低。

如今，該地區的一部分礦井仍在使用傳統的炮采技術、木支架支護頂板模式，雖然這些方式操作簡便，適用于很多工程且裝備并不復雜，不管是在破煤還是裝煤等工作中都能靈活運用，但這些傳統技術手段存在的弊端要大于其優勢，借助炮采技術進行作業，煤礦企業無法高效管理頂板，再加上粉塵量大，而開采空間狹小，開采作業人員無法細致觀察頂板的具體情況，這在一定程度上加大了煤礦開采的危險性。在該技術的影響下，煤礦開采的勞動量很大，煤礦企業需派遣大量作業人員，由于礦井的通風環境不好，極有可能出現瓦斯爆炸或頂板坍塌等事故，這對開采作業人員的人身安全也有著極大的威脅。

此外，在支護作業中一些礦井使用木支架支護的形式，而木支架缺乏良好的耐腐蝕性，支護強度也有限，在長期使用后很容易出現變形問題，正因如此，受支護因素影響而出現的安全事故不計其數。正因為存在上述問題，新疆地區的煤礦開采產業才無法快速、健康的發展，煤礦開采的質量才無法提升，進而存在很多安全事故問題。為了將這些問題解決，各大煤礦企業必須確保煤礦開采的質量與效率，期間企業不僅要加大開采作業的成本投入，還要采取有效措施盡可能避免安全事故發生，通過優化并改進煤礦開采技術，開采作業與人員安全便可得到保證。

2.煤礦開采技術

(1)綜采技術

在煤礦開采作業中涉及了很多采煤方法，依據采煤工藝以及回采巷道的布置，可將采煤方法分為壁式體系和柱式體系，而本文提到的綜采技術、普采以及炮采技術均屬于壁式體系中的采煤法。

煤礦綜采技術實際是應用機械設備構建核心體系，采用此技術方法不但能優化開采作業流程，還能將工作效率全面提高，所以煤礦綜采技術在我國煤礦行業得到了普遍應用[1]。結合實踐發現，我國煤礦企業對此技術的應用還存在一定的局限性。通常情況下，煤礦綜采技術適用于頂板堅硬的礦區，對煤礦資源層的穩固性也有著極大的要求，因此煤礦企業往往只有確定技術的使用層級才能對其合理運用。究其原因，在開采作業的過程中企業使用的機械設備自身重量大，一旦礦井資源層和其頂部結構較為疏松且未能滿足穩固條件，在受機械設備自身重量的影響下非常容易發生鉆底、冒頂等問題。所以企業最宜選取較堅實的資源層區域采用綜采技術進行施工作業。同時在開采作業的過程中，企業還要對礦區進行精細化處理，確保煤礦資源的品質，對礦區的地質結構全面勘查，在了解資源層具體情況后便可判斷開采強度是否能達到綜采技術的應用要求。此外，企業還要進行支架安裝操作，這樣便可防止機械設備在使用期間出現滑動問題，而煤礦開采的風險也能大幅度降低。

(2)普采技術

在使用普采技術進行開采作業的過程中，煤礦企業需讓開采人員與機械設備配合工作。普采技術是基于綜采技術的一種，效率偏低但成本小，且適應力極強的開采工藝，該技術在很多類型的礦區都能適用。在采用普采技術開采作業期間，企業并不需要進行大量的成本預算，在普采技術的作用下可將成本與經濟要求全面滿足。不過在實際運用的過程中，煤礦企業要確保人力開采的辨別性，對煤礦資源也要進行保證，同時還要做好安全防護設施的建設工作。因為該技術的應用需要人工作業幫助，而根據最近幾年發生的開采事故分析，很多事故都受人工作業的影響，所以在采用普采技術前，煤礦企業必須認識到安全施工的重要性，通過將其細化并落實到個人，參與開采施工的人員均可意識到安全施工的重要性[2]。

(3)炮采技術

煤礦炮采技術又有炮掘技術之稱，該技術工藝是借助爆破巷道的方法實現巷道的開拓，期間包含了裝矸、爆破等一系列環節，由于炮采技術在我國發展、應用的時間最久，所以各大企業也積累了豐富的實踐經驗，煤礦企業也可合理使用炮采技術進行開采工作。通過運用鑿巖機、噴錨支護等方式便可完成爆破、支護、裝矸等作業，這不僅全面體現了鑿巖機、錨噴支護對炮采技術運用的輔助效果，還能將巷道開拓的質量、效率全面提升。對于炮采技術而言，可降低成本投入、具有較強的使用性是其主要優勢，正因如此，該技術在我國很多類型的煤礦開采工作中都得到了廣泛的應用。

(4)水采技術

水采技術指的是水力采煤工藝，即借助水的壓力成為作業動力，從而進行煤礦開采[3]。水力采煤是利用水槍射流破煤從而實現開采目標的，就和過去人們使用的水力沖壓機一樣，都是利用水的壓強進行作業。相較于炮采技術中的“炮”，水采技術對水資源的使用同樣重要，且其應用程度更高，正因如此，煤礦企業開展的施工作業對水源也會造成極大的污染。在實際開采應用中，該技術在我國煤層條件相對較差的地區極為實用。

(5)機械化放頂開采方法

通常情況下，在煤層較厚的礦井作業中使用此方法。在實際應用中，企業可將長度在3m的長臂式作業面設計在采礦煤炭作業中，之后便可采用以往方式完成煤層開采松動工作，然后再將從煤層頂部落下的煤炭塊擊碎，便可將其搬運出井。但是因為各個煤層的狀況不同，所以煤礦企業對該技術方法的應用也存在差異。

3.巷道頂板錨桿支護技術理論

(1)懸吊

基于懸吊理論，煤礦巷道錨桿錨索可對巷道頂板最薄弱的巖層進行懸吊處理，這樣該區域巖層便可依附在上方穩固性強的巖層上，同時在錨桿錨索力的作用下也能實現巖層的支撐、加固[4]。在采用錨桿進行加固施工的過程中，煤礦企業要確保錨桿錨索的錨固力大于懸吊巖體的重力。在軟弱圍巖區域，錨桿錨索主要用于懸吊頂板破碎巖石，這樣便可防止破碎巖石發生掉落，保護作業人員的人身安全。

(2)組合梁

在應用錨桿錨索的過程中，煤礦企業可將二者組成梁，之后就可以直接通過組合梁來支撐巷道的頂板。在支護作業的過程中，由于錨桿錨索在穿越巖層時各個圍巖之間的接觸壓力會隨著錨固力而增大，所以巖層離層問題也能得到避免。同時在將錨桿錨索制成組合梁后，其巖石的抗剪力強度將會增大，這就可以避免巖石發生水平錯動現象。據了解，組合梁越厚及其最大應力越小時，梁的撓度會不斷減小，而其支護作用也會更加顯著。此外，如圖1所示是錨索預應力的應力分布圖，隨著預應力的加大，錨索預應力值以及壓應力范圍會逐漸增加，在較高預應力的影響下，錨索應力值較大，有效壓應力也會覆蓋巷道頂板大部分區域，錨固區域中巖體的抗變形能力也會加強。

圖1 預應力錨索應力分布示意圖

4.掘錨支護技術的設計和應用

(1)支護設計原則

在開展礦井掘錨支護設計工作時，首先煤礦企業要確保巷道頂板不會遭受破壞，而各巖層也不會出現離層問題[5]。在個別礦井中，因為頂板煤層的粘結力差，且巷道跨度大，所以頂板很容易發生離層現象。如若頂板自重較大也會致使頂板彎曲、下沉，對煤礦的開采作業也會產生影響。不僅如此，在設計期間如果未考慮巷道跨度等參數，企業制定的支護方案也無法滿足實際需要，而在實際施工中錨索錨桿均會給巖層、頂板施加不合理的約束力，這樣巖層內部也會形成變形應力，從而削弱頂板的強度、剛度。

此外，在實際設計工作中企業需對巷道斷面與支護形式進行合理確定。如6號煤一采區運輸下山（機軌合一巷）為矩形斷面，錨網索噴支護，凈寬4.5m，凈高2.5m，凈斷面積11.25m2。10號煤二采區運輸下山為矩形斷面，錨網索噴支護，凈寬4.8m，凈高3.2m，凈斷面積15.36m2；10號煤二采區軌道下山為矩形斷面，錨網索噴支護，凈寬4.5m，凈高3.2m，凈斷面積14.4m2；10號煤二采區回風下山為矩形斷面，錨網索噴支護，凈寬4.0m，凈高3.0m，凈斷面積12m2。6號煤層回采工作面運輸順槽為矩形斷面，錨網支護，凈寬4.2m，凈高2.0m，凈斷面積8.4m2；6號煤層回采工作面回風順槽為矩形斷面，錨網支護，凈寬3.5m，凈高2.0m，凈斷面積7.0m2；6號煤層回采工作面開切眼，矩形斷面，凈寬4.0m，凈高1.1m，凈斷面4.4m2，錨網支護。巷道成巷進度指標是基于計算與明確建設工期，其大小還會對施工工期產生直接影響。在設計期間，煤礦企業需對國內專業施工團隊的施工水平進行全面調研，之后再對巷道布置、斷面大小以及運輸、施工等進行綜合分析，進而確定礦井成巷的進度指標。

(2)掘錨支護方案的落實

在開采施工前，煤礦企業要進行編程控制和計算，構建掘錨機位置三維坐標模型，做好掘錨機的定位處理，這樣便可保證其位置科學且不會對礦井圍巖造成影響[6]。在落實掘錨支護方案的過程中，企業在6號煤層一采區與10號煤層二采區布置了采掘工作面，期間使用到了如表1所示的設備，在這些設備的作用下，施工作業人員的工作強度會大幅度降低，巷道采掘工作的效率也會大幅度提高。

表1 采掘工作面使用的設備示意表

5.結束語

總而言之，在進行煤礦開采作業時，要想確保開采人員的人身安全并提高開采作業的效率，煤礦企業必須采用先進、有效的開采技術與支護工藝，這樣便可更好適應各種地質條件，而煤礦開采的效果也會增強。不過在應用這些技術的過程中還要有一系列政策與規章制度的支撐，所以煤礦企業還要和政府相關部門有機配合，充分認識到開采技術與支護技術應用的重要性，也能將煤礦作業的質量、效率全面提高，而我國的煤礦開采事業也能取得健康、穩定的發展。