復雜地質(zhì)條件下有效的礦山掘進支護技術(shù)

朱國璽

（酒泉鋼鐵集團有限責任公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

很長一段時間以來，由于我國采用的傳統(tǒng)采礦方法比較粗放，存在采礦技術(shù)相對落后，難以保證采礦的生產(chǎn)效率和施工安全等問題。同時，由于我國是一個擁有大量礦產(chǎn)的國家，礦產(chǎn)資源十分豐富，而工業(yè)的發(fā)展也離不開礦產(chǎn)資源的支持，而隨著科學技術(shù)的進步和社會的進步，對礦產(chǎn)資源的利用也越來越頻繁，由此進一步提升了對礦井掘進技術(shù)要求。在此基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了礦山巷道掘進支護。在復雜地質(zhì)條件下，將礦井掘進支護技術(shù)有效地運用于礦井的開采過程中，一方面可以有效地減少開采安全隱患，保障礦工的生命安全，另一方面該技術(shù)也屬于采礦業(yè)的一項關(guān)鍵技術(shù)，相關(guān)的礦產(chǎn)企業(yè)一定要格外重視礦山開采過程中的掘進支護技術(shù)[1]。

1 礦山開采過程中的不利因素分析

目前，考慮到礦井地質(zhì)情況比較復雜，技術(shù)人員在礦井開采時必須綜合考慮各種影響因素，根據(jù)不同的影響因素，采用適當?shù)闹ёo技術(shù)，保證開采掘進作業(yè)的安全，從而保證礦山的正常生產(chǎn)[2]。一般情況下，在礦山采掘作業(yè)的過程中，由于地質(zhì)條件的限制，導致礦井周邊圍巖較為疏松，容易發(fā)生破裂。同時，在礦山開采的過程中，由于受到地下水的侵蝕，容易導致巷道的軟化以及圍巖層被破壞，進而為開采過程中的巷道支護工作帶來了不利影響。此外，若圍巖的強度低，很容易對礦井巷道的穩(wěn)定產(chǎn)生不利的影響，而且在礦井的采掘中，如果掘進技術(shù)使用不當，則很容易導致地質(zhì)條件出現(xiàn)變化，進而對礦井的安全帶來一定的負面影響。舉例來說，在一些地質(zhì)條件不穩(wěn)定的區(qū)域，在壓力影響下，會產(chǎn)生集中應(yīng)力問題，從而直接影響礦產(chǎn)開采工作的安全。

2 礦山掘進支護技術(shù)的應(yīng)用意義

一般情況下，礦山生產(chǎn)工作在地下開展。結(jié)合上文可知，在礦山開采過程中，存在諸多安全因素。尤其是很多礦井均處于地下，其整體的通風能力和排水能力較差，稍有不當就會出現(xiàn)安全事故，一旦出現(xiàn)安全事故，不僅會直接影響礦山企業(yè)的正常經(jīng)營和生產(chǎn)，嚴重的還會直接危及作業(yè)人員的身體健康和生命安全。我國是一個礦產(chǎn)資源豐富的國家，在工業(yè)生產(chǎn)過程中，需要消耗大量的礦產(chǎn)資源[3]。采礦業(yè)對我國的經(jīng)濟和社會發(fā)展具有至關(guān)重要的意義和作用。當前，隨著安全理念深入人心，政府部門已經(jīng)深刻意識到了礦產(chǎn)資源開采安全的重要性，一旦出現(xiàn)開采事故，會造成惡劣的社會影響。鑒于此，相關(guān)的礦產(chǎn)企業(yè)在日常的生產(chǎn)過程中，要強化對礦工的培訓，通過各種培訓方式提升其安全意識，對其采礦作業(yè)行為進行規(guī)范。同時，礦產(chǎn)企業(yè)自身也要充分強化安全保障工作，通過做好采礦掘進工作的支護工作來防止冒頂事故出現(xiàn)，采取必要措施來加強巷道內(nèi)的通風能力和排水能力，采取各種措施來提升巷道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，敢于應(yīng)用先進的掘進支護技術(shù)來規(guī)避掘進安全風險[4]。

3 在復雜地質(zhì)條件下開展礦山掘進工作面臨的困境

3.1 巷道前掘后修的工作量較大

結(jié)合大量的礦山開采案例進行分析發(fā)現(xiàn)，礦產(chǎn)資源開采工作具有一定的復雜性和綜合性。受到開采區(qū)域地質(zhì)條件等因素的影響，導致其整體的開采環(huán)境非常惡劣。此外，在實際采礦作業(yè)過程中，如果巷道頂板以及底板區(qū)域的巖石結(jié)構(gòu)相對松散，在一些地質(zhì)條件復雜的區(qū)域中，松散的巖石容易導致巷道頂?shù)装瀹a(chǎn)生收縮，嚴重的會直接導致巷道發(fā)生變形，時間一長，在掘進作業(yè)中可能會出現(xiàn)巷道崩塌現(xiàn)象，會直接影響礦山開采工作安全以及整體掘進作業(yè)的效率[5]。鑒于此，為了有效解決上述問題，很多礦產(chǎn)企業(yè)往往會在開采的過程中，采取“前掘后修”的方法來進行作業(yè)，以此來確保礦井的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。雖然該技術(shù)可以顯著提升掘進工作的安全性，但是也增加了井下作業(yè)人員的工作量，在實際的生產(chǎn)過程中容易受到限制。

3.2 礦層地質(zhì)結(jié)構(gòu)受到破壞

社會生產(chǎn)力的不斷提升和工業(yè)的不斷發(fā)展在一定程度上增加了對礦產(chǎn)資源的需求。受到大環(huán)境的影響，我國各個礦業(yè)公司也強化了礦產(chǎn)資源的開采力度。現(xiàn)階段，原本處于淺表地層的礦產(chǎn)資源已經(jīng)趨于被消耗殆盡，長時間的開采工作也開采區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造產(chǎn)生了嚴重的影響，很多開采區(qū)域都出現(xiàn)了采空區(qū)，其原有的地質(zhì)結(jié)構(gòu)被破壞。

為了獲取更多礦產(chǎn)資源，現(xiàn)階段只能在地質(zhì)條件和環(huán)境比較復雜的區(qū)域進行開采，由此增加了開采工作的難度和復雜性。尤其是在夏季進行開采的過程中，如果礦區(qū)經(jīng)常降雨，此時礦體頂部的巖體會因降雨影響出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，嚴重的甚至會造成圍巖的破壞，這就給礦山的掘鑿支護作業(yè)帶來了極大的困難[6]。

3.3 開采薄礦層存在安全風險

我國礦產(chǎn)資源儲量十分豐富，而不同地區(qū)間礦產(chǎn)資源分布差異很大，為了迎合礦產(chǎn)資源開采需求，少數(shù)礦產(chǎn)企業(yè)要求針對薄礦層進行開采，由此進一步強化了礦產(chǎn)開采工作的安全隱患。同時為了進一步強化開采掘進作業(yè)的安全性，要求礦產(chǎn)企業(yè)要根據(jù)開采區(qū)域的實際情況進行開采，選擇合適的開采設(shè)備和支護技術(shù)，以此來確保薄礦層開采安全[7]。

4 軟巖巷道在復雜地質(zhì)情況下的變形成因

軟巖主要是由脆性較高且具有風化特征的巖體構(gòu)成的一類巖體，如果在實際的開采過程中，遭遇軟巖巷道，則需要提前做好軟巖巷道的支護工作。考慮到軟巖巷道存在結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定以及支護難度高等問題，雖然目前會應(yīng)用先進的支護技術(shù)進行支護，但是在某些條件下，支護技術(shù)依然存在一定的問題，難以確保掘進工作質(zhì)量[8]。當前，我國國內(nèi)針對軟巖巷道進行支護的過程中，往往會采用錨索支護技術(shù)，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)在巷道深處進行支護，可以顯著提升巷道的穩(wěn)定性和安全性，為后期的掘進作業(yè)創(chuàng)造便捷條件。綜合來看，導致軟巖巷道出現(xiàn)巷道變形的一個核心因素為高應(yīng)力影響。此外，如果軟巖巷道兩幫出現(xiàn)的位移或者頂板出現(xiàn)了下沉，還可能會導致巷道產(chǎn)生斷面問題。同時，巷道底板如果出現(xiàn)問題，也可能會影響巷道的穩(wěn)定性。此外，根據(jù)巷道底板的受力情況進行分析可知，在沒有支撐的情況下，針對巷道的持續(xù)性開挖會使本來施加在基巖上的豎向壓力減輕，進而導致巷道出現(xiàn)變形。如果巷道處于斜交條件，巷道頂板會破壞另一邊的巷道，造成了底板的損壞。底鼓發(fā)生后，巷道巖體會出現(xiàn)充填、軟化等現(xiàn)象，從而使得巖層強度下降導致巷道變形，嚴重的還會導致巷道崩塌。

5 復雜地質(zhì)條件下有效的礦山掘進支護技術(shù)

5.1 直接破頂技術(shù)

針對復雜地質(zhì)條件下的礦山掘進進行支護的過程中，可以采取以下支護技術(shù)。如可以直接采用直接破頂支護技術(shù)。在礦山掘進作業(yè)過程中，考慮到部分礦產(chǎn)資源礦區(qū)的頂層上方的巖體硬度較小，其頂層巖體之間的落差距離較小。據(jù)不完全統(tǒng)計，巖體硬度數(shù)值不超過5，巖體之間的落差距離在2m以內(nèi)，這類巖體整體的穩(wěn)定性較差，一旦出現(xiàn)斷裂，容易導致頂板出現(xiàn)破裂。鑒于此，在具體的開采作業(yè)過程中，可以因公直接破頂技術(shù)進行支護。即應(yīng)用掘進機設(shè)備直接破除斷裂頂層，以此來顯著提升頂板的穩(wěn)定性，確保后期掘進作業(yè)工作的順利開展[9]。

5.2 退后臥底技術(shù)

退后臥底技術(shù)在提高礦井的圍巖穩(wěn)定性、提高礦井的安全性和可靠性方面有很大的應(yīng)用價值。將該支護技術(shù)應(yīng)用于掘進作業(yè)過程中，主要適合應(yīng)用于巷道高度不大于2.5m且圍巖穩(wěn)定性較好的區(qū)域。

5.3 錨桿臨時支護加U型鋼架技術(shù)

在礦產(chǎn)資源開采的過程中，由于各種不穩(wěn)定因素的存在，很有可能會發(fā)生大范圍的斷層，從而影響到礦產(chǎn)資源的正常開采和生產(chǎn)工作，嚴重的還可能導致附近的巖石崩塌。在此基礎(chǔ)上，可以應(yīng)用錨桿臨時支護加U型鋼架技術(shù)進行支護。首先，相關(guān)的技術(shù)人員可以利用錨桿臨時支護和U型鋼架技術(shù)以及臨時超前支護技術(shù)以及錨桿支護技術(shù)合理運用，來顯著提升支護效果。其次，為了確保掘進作業(yè)工作人員的生命安全，在實際的作業(yè)過程中，要嚴格控制錨桿的作業(yè)傾斜角度和錨桿之間的距離參數(shù)，將其控制在可控范圍內(nèi)，以此來確保支護效果。

6 礦山掘進支護技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

與其他產(chǎn)業(yè)不同，礦產(chǎn)隱藏在地底深處，采礦必須在地下進行，在地下開采的過程中，其地質(zhì)條件非常復雜，且通風條件和排水條件都很差，必須盡快將地下的礦產(chǎn)資源輸送出去，由此提升了該行業(yè)的危險性，稍有不慎就很容易引發(fā)各種安全事故，嚴重的話，可能會導致整個巷道崩塌，不但對礦工的生命構(gòu)成了極大的威脅，也會對礦產(chǎn)企業(yè)的正常運轉(zhuǎn)造成很大的影響，因此，采礦業(yè)是一個高危行業(yè)。隨著社會生產(chǎn)力水平的不斷提升和工業(yè)的發(fā)展，對礦產(chǎn)資源的需求量也在不斷攀升，由此產(chǎn)生了越來越多的中小型礦產(chǎn)資源開采企業(yè)。一些礦產(chǎn)企業(yè)為了獲得更大的經(jīng)濟效益而盲目的開采，致使表層淺層的礦藏資源逐漸枯竭，而隨著開采強度的增加，礦體的采掘深度越來越大，使得采礦工作的難度也越來越大。目前，有關(guān)部門急需加強對煤礦掘進支護技術(shù)的研究，以提高煤礦整體的安全和可靠性。

在現(xiàn)代科學技術(shù)的飛速發(fā)展下，礦井的巷道支護技術(shù)及相應(yīng)的支撐裝備也在不斷地發(fā)展和提高。目前，在礦山開采中使用最多的支護方式是錨桿支護技術(shù)，這種技術(shù)可以將整條巷道支撐起來，使整個巷道的整體強度得到最大地提升，而且還可以有效地減少安全隱患，保證礦山的安全、穩(wěn)定性。在礦產(chǎn)資源開采過程中，先進的支護技術(shù)的應(yīng)用對提升開采安全性具有顯著意義。

7 復雜地質(zhì)條件下礦山掘進支護技術(shù)應(yīng)用要點分析

7.1 選取正確的掘進機型號

在實際礦井生產(chǎn)中，為了提高掘進作業(yè)的安全性以及穩(wěn)定性，要采用掘進機設(shè)備來提升礦山掘進作業(yè)的穩(wěn)定性，由此一定要選擇正確的掘進機型號。在實際地下掘進作業(yè)過程中，常用的掘進機設(shè)備分為普通款和綜合款。要求礦山掘進作業(yè)人員要根據(jù)實際的地質(zhì)條件和掘進工作需求進行選擇。舉例來說，可以針對巷道的長度挑選合適的掘進作業(yè)設(shè)備，如果巷道的長度超過300m，則采用綜合款掘進機設(shè)備。如果巷道的長度不足300m，則可以應(yīng)用普通款掘進設(shè)備。除此之外，還可以根據(jù)掘進設(shè)備的工作效率、機器維修狀況、機械結(jié)構(gòu)等方面進行科學、合理的選取，從而保障掘進工作的安全性，提升掘進工作效率。

7.2 選擇適用的截齒

在一定程度上，掘進機的截齒將直接影響到礦井的安全和生產(chǎn)效率，所以選用合適的截齒也是十分必要的。為了有效地減少掘進設(shè)備在掘進中的磨損，從而有效地保證掘進裝備的正常使用。必須指出，礦井掘進不適合在巖體堅硬程度較高的地區(qū)進行。

7.3 建立合理的支護系統(tǒng)

建立一個合理的支護系統(tǒng)，可以規(guī)范施工工人的工作，提高工人的工作效率，保證礦井生產(chǎn)的安全和穩(wěn)定。首先，可以采用液壓掘進與邊坡的支護措施相結(jié)合的方法來保證支護的實際效果，以此來確保支護工作的連續(xù)性。其次，根據(jù)掘進作業(yè)的實際情況，合理選用多種支護技術(shù)綜合應(yīng)用的方式進行支護，以此來提升支護效果。

7.4 支護臨界值的合理計算

合理的支護臨界值可以有效地保證支護系統(tǒng)的合理性和有效性，從而使其最大限度地發(fā)揮其作用。在礦井掘進作業(yè)過程中，考慮到巷道所處的地質(zhì)條件十分復雜，存在著許多不確定因素，在實際掘進過程中，隨著巷道掘進深度的不斷加深，地質(zhì)條件也會隨之發(fā)生改變，給整體的掘進作業(yè)工作帶來了困難。針對這一狀況，應(yīng)根據(jù)掘進施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件，初步確定支護臨界值。同時，在綜合考慮支護臨界值計算結(jié)果、開采環(huán)境中存在的諸多不確定性因素和地質(zhì)條件的變化等因素的基礎(chǔ)上，合理地選用掘進設(shè)備，并采取適當?shù)拈_拓方式，比如可以先采用豎井開拓，再采用斜巷開拓，最后再到平巷開拓的開拓方式，以此來確保掘進作業(yè)的質(zhì)量，保障掘進開拓作業(yè)有序、有效地進行。

7.5 加強對綜掘機配套系統(tǒng)的管理

礦產(chǎn)資源采掘是一種具有高度危險性的工作，特別是在地質(zhì)環(huán)境較為復雜的地區(qū)，存在著極大的安全隱患和較高的安全隱患。鑒于此，可以通過強化對綜掘機配套系統(tǒng)的管理工作來確保掘進工作質(zhì)量，減少掘進工作面臨的安全問題，確保后續(xù)工作的開展。因此，在進行綜采配套系統(tǒng)的管理時，要考慮礦井的地質(zhì)、生產(chǎn)環(huán)境復雜多變等特點，綜合考慮綜采工作的相關(guān)，以及采礦作業(yè)現(xiàn)場的具體情況。

例如可以通過加強相關(guān)管理人員的管理，做好采掘技術(shù)人員的培訓工作等方式來為掘進作業(yè)工作的順利開展提供強有力的保障。同時，也要結(jié)合開采區(qū)域的實際情況，構(gòu)建科學的采掘工作制度，通過對掘進工作綜合情況進行實時的跟蹤，來保證礦井的各種資源得到有效的控制，從而保證掘進作業(yè)的質(zhì)量和礦產(chǎn)資源開采效率。

7.6 錨桿支護的關(guān)鍵技術(shù)探討

7.6.1 頂板爆破法

采用鉆機對斷層頂板進行撞擊時，可消除不穩(wěn)定區(qū)域，從而顯著提高頂板整體穩(wěn)定性，并與錨網(wǎng)支護技術(shù)相結(jié)合，可使頂板的穩(wěn)定性得到加強。當巖體硬度低于50N/100 cm（布氏硬度2）或錯動距離小于2m時，易發(fā)生斷裂破壞，此時不宜采用該技術(shù)[10]。

7.6.2 倒置式潛入

在礦山地質(zhì)條件復雜的情況下，必須針對礦井的地質(zhì)特征，科學地選用相應(yīng)的支護技術(shù)。當斷裂帶高度不超過2.5m時，當?shù)V井的巖層強度達到礦井安全要求時，必須采用上述技術(shù)，以保證礦井的整體安全。

7.6.3 重點做好監(jiān)督管理工作

在錨網(wǎng)和金屬拱形支架支護方案不同時，必須進行錨網(wǎng)監(jiān)測，主要監(jiān)測范圍包括兩幫位移速度、頂板離層監(jiān)測、變形等，為有效推廣支護技術(shù)，提高礦井安全生產(chǎn)水平。

8 結(jié)語

綜上所述，礦產(chǎn)資源開采是影響我國社會和經(jīng)濟發(fā)展的重要因素，由于礦產(chǎn)資源開采工作具有一定的難度和危險，鑒于此，要科學應(yīng)用巷道掘進支護技術(shù)，以此來有效地提高采礦的利用率和安全性。在復雜地質(zhì)條件下，礦產(chǎn)企業(yè)要持續(xù)優(yōu)化和創(chuàng)新掘進支護技術(shù)，以此來保證礦產(chǎn)資源的開采效益。