煤礦掘進(jìn)支護(hù)中存在問題及應(yīng)對措施

＊武 凱

（汾西礦業(yè)集團(tuán)正文煤業(yè) 山西 032300）

前言

伴隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展和人類社會的進(jìn)步，煤已變成全人類經(jīng)濟(jì)建設(shè)的主要燃料之一，同時(shí)又是我國燃料構(gòu)成中的主要部分。不過，由于煤炭礦業(yè)仍處于高危產(chǎn)業(yè)，再加上井下的整體地質(zhì)條件和采礦環(huán)境也相對不良，所以必須通過更加合理的掘進(jìn)支護(hù)作業(yè)技術(shù)來推動礦井巷道作業(yè)安全、穩(wěn)定的進(jìn)行。同時(shí)，礦井巷道掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)也是當(dāng)前煤礦安全生產(chǎn)的主要方法，所以必須對其出現(xiàn)的問題加以分析，并針對性的采取措施加以處理，才能起到減少開采工作風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)的功效。

1.煤礦巷道支護(hù)的地形分析

對于具有豐富歷史的老礦井而言，經(jīng)常會出現(xiàn)斷層過多和地質(zhì)條件不平衡的狀況，對安全性和作業(yè)環(huán)境產(chǎn)生了很大的威脅，在不斷深入的采礦作業(yè)中，由于頂板巖層的改變突出，且頂部的煤層疏松，極易發(fā)生斷裂情況，從而導(dǎo)致在巷道掘進(jìn)中不易成形，前掘后修也形成了巷道掘進(jìn)開采中經(jīng)常出現(xiàn)的問題。同時(shí)由于一直使用傳統(tǒng)挖掘技術(shù)，無法和當(dāng)今世界最先進(jìn)的挖掘技術(shù)相融合，因此，在一定程度上增加了產(chǎn)量管理和工程技術(shù)上的困難，加之該礦井設(shè)備破巖力較弱，遇到堅(jiān)固性系數(shù)較強(qiáng)的巖層時(shí)常常會損壞設(shè)備，所以，針對實(shí)際狀況而設(shè)計(jì)的巷道支護(hù)技術(shù)就構(gòu)成了保證生產(chǎn)作業(yè)真正安全可靠進(jìn)行的前提條件。

2.煤礦掘進(jìn)支護(hù)工作開展的現(xiàn)狀

煤礦掘進(jìn)支護(hù)工藝技術(shù)是礦井安全生產(chǎn)的重要保障，在漫長的探索與發(fā)展中，支護(hù)工藝技術(shù)也歷經(jīng)了創(chuàng)新，即在原來的木質(zhì)、型鋼等建筑材料的基石上，發(fā)展成為如今的錨桿支撐。另外，我國錨索支撐工藝技術(shù)起步較晚，主要作為被動的支撐，硬度和強(qiáng)度都非常的低，但在較單一的地質(zhì)環(huán)境條件下，也可以發(fā)揮一定作用，而面對較復(fù)雜的地質(zhì)情況則變得非常“無力”。隨著開發(fā)困難度與要求的日益增加以及人們致力于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和研究，支護(hù)技術(shù)得到了長足發(fā)展，強(qiáng)力錨索和高外部預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)技術(shù)被大量開發(fā)和應(yīng)用于開采工作中，并實(shí)現(xiàn)了對支護(hù)施工的主動性，更強(qiáng)調(diào)了支護(hù)施工的整體系統(tǒng)。研究表明，在掘進(jìn)過程中，原巖之間的穩(wěn)定性可能受到支護(hù)的破壞，導(dǎo)致掘進(jìn)過程中巖石的穩(wěn)定性較低，從而對煤礦開采人員的安全構(gòu)成威脅，因此，在巷道掘進(jìn)過程中，施工人員通常會控制巷道頂部，并使用臨時(shí)支護(hù)減少巖石變形的程度和可能性，盡可能的減少與頂部之間的的距離。而臨時(shí)支護(hù)的實(shí)施還在一定程度上減少了碎石掉落的風(fēng)險(xiǎn)，為施工人員的安全提供了基本保障，并降低了掘進(jìn)的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

3.煤礦掘進(jìn)過程中開展支護(hù)工作面臨的風(fēng)險(xiǎn)

如今，隨著我國自主研發(fā)的礦山施工儀器設(shè)備的應(yīng)用，在具體的開發(fā)階段存在的諸多技術(shù)缺陷也逐漸暴露出來，例如，儀器設(shè)備原件損壞較嚴(yán)重、儀器設(shè)備的耐久性能較低以及施工效果不好等，這些問題都必須加以重視并需要不斷的優(yōu)化。同時(shí)在實(shí)際工程建設(shè)階段，也可能會出現(xiàn)很多的情況，從而增加設(shè)備修理量和保養(yǎng)時(shí)間，也嚴(yán)重的降低了礦山施工進(jìn)度和施工效益。

(1)施工管理工作開展不足且煤礦巷道數(shù)量稀缺

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的迅速發(fā)展和國民經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平的日益提升，在經(jīng)濟(jì)社會領(lǐng)域中對煤炭資源的需要量也日益增多。部分地區(qū)煤炭生產(chǎn)企業(yè)為增加生產(chǎn)能力、提高利潤，占領(lǐng)了市場競爭中的優(yōu)勢地位，在開采過程和巷道挖掘工程中，對礦井安全性和工程質(zhì)量病不關(guān)注，通常缺乏對施工條件進(jìn)行的科學(xué)合理設(shè)計(jì)，以及對有關(guān)管理的不嚴(yán)格等現(xiàn)象。該種問題都將嚴(yán)重地降低采煤挖掘過程的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量，使礦井開采過程中的危險(xiǎn)性進(jìn)一步加大。此外，在對煤炭資源進(jìn)行挖掘工程時(shí)，礦井巷道不僅是井下煤炭資源和一些重要物資的主要運(yùn)輸途徑，而且還是井下施工時(shí)不能缺乏的主要通風(fēng)渠道，在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中，巷道設(shè)備的數(shù)量雖然不少，而功能上卻又相對獨(dú)立，從而在很大程度上限制了巷道功能的充分發(fā)揮?；诖?，煤炭公司必須進(jìn)一步擴(kuò)大巷道施工的規(guī)模，采用科學(xué)的施工模式和施工方法，對煤炭資源的順利生產(chǎn)予以保障。

(2)煤巷掘進(jìn)工藝條件的現(xiàn)狀

從巷道的開采工藝技術(shù)著手，在實(shí)行巷道掘進(jìn)工作過程中，平行作業(yè)存在著一些問題，當(dāng)?shù)V井頂部膨脹后，與水碰撞后很易形成軟化的狀況，這樣就會對頂板產(chǎn)生很大的損傷和危害，要想防止這一狀況，就需要采取保護(hù)措施和對挖掘工序的共同管理。同時(shí)為提高頂板的硬度和穩(wěn)定性，需要對點(diǎn)列硬化。為保證采礦流程的安全和巷道挖掘的良好進(jìn)度，也需要采取相應(yīng)的保護(hù)措施，同時(shí)在礦山施工階段，需要加強(qiáng)巷道施工與周圍巖體保護(hù)措施的配合情況。

(3)煤礦開采地質(zhì)條件變化造成的問題

在煤礦開發(fā)的過程中，開發(fā)的深度會持續(xù)提高，深層的開發(fā)環(huán)節(jié)往往是比較復(fù)雜的，并可能受各種主客觀原因的影響，進(jìn)而使得采礦的行為受到了不良反應(yīng)。

通過針對此階段中的問題加以研究，一般可把對應(yīng)的問題歸于以下幾方面：

其一，在深度持續(xù)提高的背景下，由于拱圍巖的內(nèi)部應(yīng)力，煤層頂板等巖石部位也必須加以調(diào)節(jié)與提升，一旦忽略了此環(huán)節(jié)，將可能導(dǎo)致采掘效果遭受影響；

其二，在較復(fù)雜多變地質(zhì)技術(shù)要求中，大斜坡巷道和巷道斷面的數(shù)量也會持續(xù)提高，繼而又會對機(jī)械采掘裝置的運(yùn)用產(chǎn)生不良反應(yīng)；

其三，就當(dāng)前采用的機(jī)械設(shè)備技術(shù)水平而言，由于復(fù)雜多變的地貌要求有著不一致的狀況，特別在碰到硬度相當(dāng)高的巖層的時(shí)候，切割掘進(jìn)速度會無法完成，機(jī)械設(shè)備很有可能陷入超負(fù)荷的工作狀況，這也可以導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備的操作維修成本得到進(jìn)一步增加。

4.煤礦開采掘進(jìn)技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用

(1)爆破采煤技術(shù)

目前，在某些地區(qū)以爆破方式開采煤炭是主要的技術(shù)手段。為拆除目的開采煤炭的技術(shù)通常包括三種操作模式：為拆除目的開采煤炭、裝載煤炭和啟用工作表面。首先，在整個(gè)爆破采煤的過程中，有關(guān)操作人員應(yīng)提高爆炸過程中炸藥數(shù)量控制的準(zhǔn)確性，以確保炸藥能夠準(zhǔn)確瞄準(zhǔn)整個(gè)煤礦區(qū)，同時(shí)避免安全事故。其次，對于裝載煤炭，通常需要由作業(yè)人員在進(jìn)行動力操作后收集工地上剩余的原煤，以確定采掘活動的順利進(jìn)行，大大提高采煤工作的效率。再次，對于支撐工作面，有必要加強(qiáng)對采空區(qū)的保護(hù)措施，同時(shí)對采空區(qū)的目標(biāo)射擊行為進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，防止目標(biāo)射擊造成整個(gè)煤礦區(qū)倒塌。最后，經(jīng)過處理的煤是通過機(jī)器運(yùn)輸?shù)?，以確保采煤過程能夠提高效率，同時(shí)確保安全。

(2)噴射混凝土

噴灑水泥技術(shù)可以將煤礦開采現(xiàn)場分離的巖體進(jìn)行良好的融合?？蒲腥藛T只需根據(jù)規(guī)定在巷道幫和巖體分離的部位噴灑水泥，就能夠使形成巷道的巖體的粘結(jié)性能得以有效增強(qiáng)，出現(xiàn)破碎的巖石就能夠在水泥的作用下緊密粘結(jié)在一起。要有效保證煤炭挖掘工作者在開展地下作業(yè)時(shí)的安全，并提高挖掘保護(hù)工作實(shí)施的質(zhì)量，噴射混凝土的手段是非?？尚械摹Ｓ捎谠摷夹g(shù)不但可以增強(qiáng)巖層的穩(wěn)定性、安全和有效排除煤炭挖掘過程的安全隱患，同時(shí)還可以有效改善地下礦井環(huán)境中巷道的穩(wěn)定性。

(3)單體液壓支柱配銜接頂梁支護(hù)方式

在此種支護(hù)方法中，所使用的金屬銜接頂梁大多是HJA-100，在礦井巷道掘進(jìn)過程中，完成了爆破工作以后就必須完成頂梁的吊掛與插人水平銷工作，同樣也基于頂梁的防護(hù)功能，設(shè)置了鋼筋直徑網(wǎng)，并設(shè)置了復(fù)合單體液壓支撐。但在進(jìn)行錨網(wǎng)的設(shè)計(jì)過程中必須確保其與巷道內(nèi)巖面緊緊貼合，且搭接間距必須嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定，必須采用十一號鐵絲來完成扭結(jié)包裝加固。在采用了上述保護(hù)方法之后，要確保基本支柱的初撐力可以達(dá)到90kN以上，同時(shí)在掘進(jìn)的支撐工程作業(yè)中一旦發(fā)生了滲液問題，就必須通過維修或是更新設(shè)備的方法，來提高基本支護(hù)支撐保護(hù)手段。另外，在支撐工作時(shí)還必須做好三排單體液壓支撐與金屬銜接式頂梁的排雷，同時(shí)還要在頂梁之間做好小立柱的設(shè)置，在二列頂梁中間每0～400mm的間距內(nèi)做好小木柱的穿插，來避免漏頂問題。為保證砼與鋼筋在直徑混凝土支護(hù)圍巖表面上的牢固性，還需要根據(jù)礦井的要求來加大柱的數(shù)量。

5.提高煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的途徑

(1)加強(qiáng)對地質(zhì)環(huán)境的勘察

影響煤炭開采的主要因素之一是地質(zhì)環(huán)境，而影響掘進(jìn)支護(hù)工作的重要因素也是地質(zhì)環(huán)境。因此，在煤礦開采過程中需要充分利用科學(xué)技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境研究，確保研究結(jié)果的準(zhǔn)確性，減少其對施工的影響，從而使支護(hù)技術(shù)發(fā)揮最大限度的作用。

(2)掘進(jìn)工作面超前支護(hù)

在開采區(qū)地質(zhì)條件良好和氣候環(huán)境條件較好的狀況下，在工程建設(shè)階段只需要根據(jù)以往的支護(hù)形式針對作業(yè)面進(jìn)行超前保護(hù)。但在實(shí)際工程建設(shè)階段需要更加重視保護(hù)效果、施工安全和經(jīng)濟(jì)效益。為了提高支護(hù)施工過程的安全和效益，還需要進(jìn)一步確定支護(hù)措施是否滿足巷道的使用標(biāo)準(zhǔn)，以保證支護(hù)的堅(jiān)固性能，從而減少了冒頂問題的出現(xiàn)概率。實(shí)際質(zhì)變?yōu)橹ёo(hù)使用的桿件搭設(shè)也應(yīng)該體現(xiàn)自己的作用，例如，錨索應(yīng)該根據(jù)圍巖條件進(jìn)行錨固，錨桿和錨索的型式、規(guī)格必須符合工程建設(shè)要求等。為提高保護(hù)效益，在開展支護(hù)施工的階段還需要根據(jù)支護(hù)強(qiáng)度進(jìn)行測試，而測量工作重點(diǎn)圍繞著保護(hù)措施的穩(wěn)定性和強(qiáng)度進(jìn)行。針對支護(hù)措施的穩(wěn)定性能夠通過巷道頂?shù)装宓囊苿訝顩r，以及對于支撐措施的強(qiáng)度能夠通過拉拔測試進(jìn)行證實(shí)。此外，針對巷道支護(hù)措施的牢固性，也能夠通過巷道支撐效果隨時(shí)進(jìn)行檢測。而針對正在使用的巷道，則需要定時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)，以檢測巷道的表層錨桿有沒有出現(xiàn)過磨損，或者裂紋和滲漏的狀況。

(3)加強(qiáng)對施工材料的監(jiān)管

養(yǎng)護(hù)支護(hù)設(shè)備的品質(zhì)是煤礦掘進(jìn)中的一個(gè)關(guān)鍵因素，所以必須做好對保養(yǎng)支護(hù)設(shè)備的品質(zhì)管理。鑒于成本原因，許多施工隊(duì)不能全面注意保養(yǎng)支護(hù)設(shè)備，這樣增加了開采煤炭的危險(xiǎn)?？紤]煤礦開采和其他施工材料的使用成本，關(guān)注搬運(yùn)物品的效率，增加地下作業(yè)環(huán)境中的安全問題。上述改善將伴隨著設(shè)施的完善與創(chuàng)新、輔助材料使用要求的提高以及安全管理的完善。與此同時(shí)，還需要對作業(yè)人員開展職業(yè)培訓(xùn)，以確保支護(hù)裝置的標(biāo)準(zhǔn)化使用和煤礦采掘支護(hù)技術(shù)的有效開采。

(4)合理構(gòu)建支護(hù)體系

創(chuàng)建礦井施工及支護(hù)體系的期間會使用到液壓施工儀器和邊坡支護(hù)技術(shù)，錨桿支撐方法包括經(jīng)過錨固長端和自由端，當(dāng)首先經(jīng)過錨固長端的混土強(qiáng)度超過設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度時(shí)，則采用張拉預(yù)應(yīng)力鋼絞線，再用錨具夾固之后，利用產(chǎn)生外部預(yù)應(yīng)力使腰柱緊貼于護(hù)坡方法上。另外，可以運(yùn)用它的高強(qiáng)度金屬資料結(jié)構(gòu)和易于安裝這一特點(diǎn)，來達(dá)到用較短的施工周期實(shí)現(xiàn)既安全又方便的控制系統(tǒng)安裝。在運(yùn)用于煤礦綜合機(jī)械化采煤挖掘的裝置開始施工階段，也同時(shí)是對綜采挖掘液壓控制系統(tǒng)開始使用的運(yùn)用，而在使用記載液壓鎖階段也會運(yùn)用到許多的支護(hù)工序。所以，在實(shí)際進(jìn)行礦山挖掘作業(yè)期間必須統(tǒng)籌儀器體的堅(jiān)固性和安全性。

(5)實(shí)現(xiàn)煤礦掘進(jìn)支護(hù)工藝的優(yōu)化

采煤進(jìn)一步的深入這是必然趨勢，而在此進(jìn)程中就必須積極地實(shí)施對掘進(jìn)保護(hù)技術(shù)的進(jìn)一步完善，也是說可以根據(jù)各種工程建設(shè)要求，針對各種地質(zhì)要求加以研究，從而提出比較有針對性的保護(hù)方法，如此才可以使實(shí)際的保護(hù)效益大大地提高。只要假設(shè)所面對的是矩形斷面巷道，那么就應(yīng)該以錨桿與錨索結(jié)合的方法來處理，如此才能促使該巷支護(hù)圍巖的安全性得到改善，進(jìn)而促使具體的建造工序到達(dá)最理想的狀況。細(xì)致來介紹，其建造過程是：首先將錨桿設(shè)置在預(yù)先設(shè)定好的鉆孔部位上，然后再使之互相固結(jié)起來，如此就能夠使之構(gòu)成一個(gè)完整的整體。當(dāng)圓滿完成了這些建設(shè)目標(biāo)以后，還必須積極地利用錨索來提供牽引力，并規(guī)定到更深部穩(wěn)定地層中，這樣就能夠形成雙重保護(hù)。從這種視角出發(fā)，良好的支護(hù)措施就是保證了圍巖的膨脹與變形能力，圍巖承受能力耦合力也可以相互協(xié)同地充分發(fā)揮其效果，同時(shí)在此過程中還能夠通過對應(yīng)的方法來減少作業(yè)的困難。從整體角度而言，就必須針對巷道特性加以研究，在基礎(chǔ)上做出掘進(jìn)方法的優(yōu)選，由此才可以使得采掘效率與產(chǎn)品質(zhì)量得以提高。

6.結(jié)語

隨著社會經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，煤礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展腳步也應(yīng)緊跟時(shí)代步伐。在煤礦開發(fā)過程中，為找出在煤礦挖掘過程中支護(hù)技術(shù)所面臨的新問題，經(jīng)過進(jìn)一步調(diào)研、實(shí)驗(yàn)、掌握新方法，不斷完善了煤礦挖掘支護(hù)技術(shù)，更新煤礦機(jī)械化設(shè)備，以此提升煤礦開采的技術(shù)水平，加強(qiáng)煤礦深井質(zhì)量，為保障開采人員的生命安全奠定穩(wěn)固基礎(chǔ)，為我國煤礦產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展提供支持。