復(fù)雜地質(zhì)條件下采礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)及應(yīng)用探究

＊楊海鵬

（柳林縣應(yīng)急管理局 山西 033300）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，礦產(chǎn)資源的需求越來(lái)越大，采礦掘進(jìn)的生產(chǎn)難度也越來(lái)越大，特別是在復(fù)雜的地質(zhì)條件下，采礦掘進(jìn)的支護(hù)技術(shù)和應(yīng)用顯得更加重要和復(fù)雜。如何有效地開(kāi)展采礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)，是礦業(yè)領(lǐng)域需要探討和解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

1.復(fù)雜地質(zhì)條件下采礦掘進(jìn)支護(hù)難點(diǎn)

（1）礦區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜。礦區(qū)地質(zhì)條件的復(fù)雜性是采礦掘進(jìn)支護(hù)難點(diǎn)的主要原因之一，礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造、巖性、斷層、節(jié)理等因素的變化都會(huì)對(duì)采礦掘進(jìn)支護(hù)造成不同程度的影響，導(dǎo)致支護(hù)難度的增加和支護(hù)效果的降低。礦區(qū)地下水、瓦斯等地質(zhì)環(huán)境因素也會(huì)加大支護(hù)難度。

（2）采礦深度大、圍巖壓力大。采礦深度的增加會(huì)使得地下圍巖的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，圍巖的壓力會(huì)隨深度增加而逐漸增大，給采礦掘進(jìn)支護(hù)帶來(lái)較大的壓力和難度。此外，采礦深度增加還會(huì)導(dǎo)致溫度升高、瓦斯含量增加等問(wèn)題，導(dǎo)致采礦掘進(jìn)支護(hù)面臨一定的困境[1]。

2.復(fù)雜地質(zhì)條件下采礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

以A煤礦為例，在5#復(fù)雜地質(zhì)開(kāi)采煤層中，地面表高為140～340m，斜向北結(jié)構(gòu)，傾斜角為（6°～12°），西部表現(xiàn)平緩，工作面中存在斷層。

（1）合理選擇掘進(jìn)支護(hù)設(shè)備。在復(fù)雜地質(zhì)條件下，采礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)之一是合理選擇掘進(jìn)支護(hù)設(shè)備，包括根據(jù)地質(zhì)條件和采礦方法的不同，選擇適宜的掘進(jìn)機(jī)械，如礦用掘進(jìn)機(jī)、鉆探機(jī)、爆破機(jī)等，選擇適宜的支護(hù)設(shè)備，如鋼架支撐、木架支撐、錨桿支撐等，選擇適宜的運(yùn)輸設(shè)備，如皮帶輸送機(jī)、斗輪輸送機(jī)、車(chē)輛運(yùn)輸?shù)取Ｔ诓傻V過(guò)程中，選擇的運(yùn)輸設(shè)備是否具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，對(duì)于提高生產(chǎn)效率和降低運(yùn)輸成本具有至關(guān)重要的作用，具體選擇哪種運(yùn)輸設(shè)備需要根據(jù)采礦方法和地質(zhì)條件進(jìn)行綜合考慮。對(duì)于露天礦，由于采礦地點(diǎn)一般比較分散，選用皮帶輸送機(jī)進(jìn)行礦石的運(yùn)輸是比較常見(jiàn)的選擇。

皮帶輸送機(jī)可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離、高效率的輸送，適用于中、低產(chǎn)量的礦山，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、操作可靠。另外，斗輪輸送機(jī)在采礦場(chǎng)合也有廣泛的應(yīng)用，特別是在深坑露天礦上，可以將礦石快速、安全地運(yùn)送到料倉(cāng)中。對(duì)于井下礦山，需要考慮地質(zhì)條件和采礦方法的不同，在軟巖、煤礦等井下礦山，采用皮帶輸送機(jī)和斗輪輸送機(jī)是常見(jiàn)的選擇，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離、大量的礦石輸送。在硬巖礦山中，車(chē)輛運(yùn)輸是一種常見(jiàn)的運(yùn)輸方式，可以將礦石快速地從采礦面運(yùn)輸?shù)降孛妫岣呱a(chǎn)效率。

（2）科學(xué)選擇截齒。在復(fù)雜地質(zhì)條件下，科學(xué)選擇截齒時(shí)要求技術(shù)人員根據(jù)地質(zhì)條件和巖性特征進(jìn)行選擇，如硬質(zhì)巖石應(yīng)選擇硬質(zhì)合金截齒，軟弱巖石應(yīng)選擇齒形較大的截齒，根據(jù)掘進(jìn)機(jī)械的性能要求，選擇適宜的截齒，如掘進(jìn)機(jī)械的工作能力、轉(zhuǎn)速、功率等。考慮到A煤礦西部表現(xiàn)平緩，工作面中存在斷層的問(wèn)題，要根據(jù)采礦方法的特點(diǎn)，選擇適宜的截齒，如長(zhǎng)壁采礦應(yīng)選擇能夠快速切削煤巖的截齒。長(zhǎng)壁采礦是一種高產(chǎn)率的采礦方法，需要采用能夠快速切削煤巖的截齒來(lái)提高采煤效率和生產(chǎn)率。

一般來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)壁采礦中使用的截齒應(yīng)具備高硬度，因?yàn)殚L(zhǎng)壁采礦中的煤巖硬度較高，截齒需要具有硬度強(qiáng)的特征，以保證切削效果。長(zhǎng)壁采礦中，截齒需要承受較大的載荷和沖擊力，因此需要具有較高的強(qiáng)度和耐磨性，并且能夠快速切削煤巖，提高采煤效率和生產(chǎn)率。長(zhǎng)壁采礦中，地質(zhì)條件復(fù)雜多變，需要截齒具有較好的適應(yīng)性，能夠應(yīng)對(duì)不同的地質(zhì)條件。因此，長(zhǎng)壁采礦中常用的截齒為硬質(zhì)合金截齒，能夠達(dá)到理想的采煤效率和生產(chǎn)率目標(biāo)。

（3）完善掘進(jìn)支護(hù)配套系統(tǒng)。在復(fù)雜地質(zhì)條件下，完善掘進(jìn)支護(hù)配套系統(tǒng)中，包括優(yōu)化掘進(jìn)支護(hù)設(shè)計(jì)方案，結(jié)合不同的地質(zhì)條件和采礦方法，制定合理的掘進(jìn)支護(hù)設(shè)計(jì)方案，例如，掘進(jìn)支護(hù)的類(lèi)型、支護(hù)材料和支護(hù)方式等。安裝監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)A煤礦的復(fù)雜地質(zhì)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，了解掘進(jìn)工作面的變化情況，及時(shí)調(diào)整支護(hù)措施，確保支護(hù)效果符合要求，為了保證掘進(jìn)工作面的支護(hù)效果符合要求，需要安裝監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作面的變化情況，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整支護(hù)措施。安裝地質(zhì)構(gòu)造、應(yīng)力、變形等監(jiān)測(cè)設(shè)備，如應(yīng)力計(jì)、變形計(jì)、位移計(jì)、壓力傳感器等，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)掘進(jìn)工作面的變化情況，此類(lèi)監(jiān)測(cè)設(shè)備可以記錄和反映出工作面的變形、應(yīng)力和壓力等情況，幫助采礦人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取應(yīng)對(duì)措施。

對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，及時(shí)掌握掘進(jìn)工作面的變化情況，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果確定支護(hù)措施的調(diào)整方案。例如，如果發(fā)現(xiàn)工作面出現(xiàn)變形、應(yīng)力等異常情況，需要及時(shí)采取支護(hù)加固措施，以確保工作面的安全穩(wěn)定。建立一套完整的支護(hù)措施調(diào)整機(jī)制，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和評(píng)估，并及時(shí)調(diào)整支護(hù)措施，以保證支護(hù)效果符合要求，跟蹤和記錄支護(hù)措施的實(shí)施情況，以便后續(xù)的分析和改進(jìn)。加強(qiáng)支護(hù)材料的研發(fā)和應(yīng)用，根據(jù)地質(zhì)條件和采礦方法的不同，提高支護(hù)系統(tǒng)的適應(yīng)性和穩(wěn)定性，以提高采礦掘進(jìn)支護(hù)的安全性和效率為目的，安裝安全設(shè)備，如防爆、防火、通風(fēng)、排水等安全設(shè)備[2]。

（4）后退臥底掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)。后退臥底掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)是指在掘進(jìn)工作面向回采方向回退的同時(shí)，采用支架支撐和錨桿固結(jié)等措施，增強(qiáng)工作面穩(wěn)定性。具體實(shí)施中，在工作面向回采方向回退時(shí)，安裝支架和錨桿。支架應(yīng)選擇高強(qiáng)度、抗壓、抗彎、抗擺動(dòng)的支架，支架間距應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件和工作面寬度確定，錨桿應(yīng)選擇高強(qiáng)度、抗拉、抗剪、抗彎的錨桿，按照一定的間距和角度固定在工作面圍巖中。在支架和錨桿的基礎(chǔ)上，進(jìn)行工作面支護(hù)，根據(jù)地質(zhì)條件和工作面寬度選擇合適的支護(hù)方式，如鋼拱架、矩形鋼架、水泥注漿等。

在后退臥底掘進(jìn)過(guò)程中，根據(jù)工作面變化情況及時(shí)調(diào)整支架和錨桿的位置和間距，以保證工作面穩(wěn)定性。該技術(shù)在復(fù)雜地質(zhì)條件下具有較好的應(yīng)用前景，能夠有效地控制圍巖變形和破壞，提高掘進(jìn)工作面的安全性和穩(wěn)定性，與傳統(tǒng)的前進(jìn)式掘進(jìn)技術(shù)相比，后退臥底掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)能夠充分利用已經(jīng)開(kāi)采的煤層支撐力，減少支護(hù)材料的使用量，降低采煤成本，提高采煤效率。

（5）混合智能系統(tǒng)應(yīng)用。混合智能系統(tǒng)應(yīng)用是指結(jié)合人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、傳感器技術(shù)等多種技術(shù)，對(duì)采礦掘進(jìn)支護(hù)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)化控制和優(yōu)化調(diào)節(jié)，該技術(shù)可以通過(guò)實(shí)時(shí)采集、處理和分析掘進(jìn)過(guò)程中的各種數(shù)據(jù)，包括地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)圖像、溫度、濕度、振動(dòng)等多個(gè)方面的信息，從而幫助工程師更好地控制和預(yù)測(cè)采礦掘進(jìn)支護(hù)過(guò)程中的各種問(wèn)題，提高效率和質(zhì)量，降低人工干預(yù)和管理成本。具體來(lái)說(shuō)，混合智能系統(tǒng)應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，通過(guò)傳感器等設(shè)備，對(duì)采礦掘進(jìn)支護(hù)過(guò)程中的各種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括地質(zhì)條件、圍巖壓力、進(jìn)度、人員安全等。

對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，運(yùn)用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模的數(shù)據(jù)挖掘，從而得到更加準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)和分析結(jié)果，提高采礦掘進(jìn)支護(hù)的決策水平。利用自動(dòng)化技術(shù)，對(duì)采礦掘進(jìn)支護(hù)過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，使其更加精準(zhǔn)和高效。通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的分析和處理，可以對(duì)采礦掘進(jìn)支護(hù)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行預(yù)警和預(yù)測(cè)，及時(shí)采取措施避免事故的發(fā)生[3]。

（6）直接破頂掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)。直接破頂掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)是通過(guò)采用高強(qiáng)度支架，直接將采礦掘進(jìn)工作面的頂板支撐起來(lái)，以增強(qiáng)工作面穩(wěn)定性和控制地壓的技術(shù)，該技術(shù)應(yīng)用中，技術(shù)人員應(yīng)在掘進(jìn)工作面頂部設(shè)置高強(qiáng)度支架。根據(jù)地質(zhì)條件和工作面寬度選擇支架，一般采用鋼梁、鋼管、鋼絲網(wǎng)等材料制成，支架間距受地質(zhì)情況和工作面寬度的影響，要求技術(shù)人員進(jìn)行間距調(diào)整，在支架基礎(chǔ)上進(jìn)行工作面支護(hù)，選擇鋼拱架、矩形鋼架、水泥注漿等方式進(jìn)行支護(hù)。

A煤礦中，坡頂情況下，要制定可行的支護(hù)方案，預(yù)先鉆孔，評(píng)估地質(zhì)情況和巖石強(qiáng)度，確定需要使用的支護(hù)材料和方法。使用爆破技術(shù)破碎巖石，確保直接破頂下的掘進(jìn)順利進(jìn)行，爆破需要嚴(yán)格的安全措施和專(zhuān)業(yè)的爆破工程師指導(dǎo)，在破碎的巖石表面鉆孔并注入錨桿，通過(guò)錨桿與巖石進(jìn)行固定，以增加地層的穩(wěn)定性。在掘進(jìn)面的頂部使用鋼拱支撐結(jié)構(gòu)，將壓力分散到周?chē)膸r石或地層上。鋼拱可以是預(yù)制的或現(xiàn)場(chǎng)制作的，具體結(jié)構(gòu)和尺寸需根據(jù)具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。在直接破頂掘進(jìn)過(guò)程中，通過(guò)控制工作面開(kāi)采速度、控制工作面高度等措施，保證工作面的穩(wěn)定性和安全性，避免傳統(tǒng)支護(hù)方式中出現(xiàn)的短板問(wèn)題，降低采礦掘進(jìn)支護(hù)過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)。與傳統(tǒng)支護(hù)方式相比，該技術(shù)采用高強(qiáng)度支架直接支撐頂板，避免了支撐材料和支架之間的空隙，提高了支架的承載能力和穩(wěn)定性，同時(shí)也減少了支撐材料的使用量，降低了采煤成本。該技術(shù)適用于復(fù)雜地質(zhì)條件下的采礦掘進(jìn)支護(hù)，可以提高采煤效率，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)用前景廣闊[4]。

（7）臨時(shí)U鋼支護(hù)。臨時(shí)U鋼支護(hù)是指在采礦掘進(jìn)過(guò)程中，采用U鋼支架對(duì)工作面進(jìn)行臨時(shí)支撐和固定，主要應(yīng)用于采礦掘進(jìn)工作面較短、圍巖穩(wěn)定性好、支護(hù)時(shí)間短暫的情況下，具有安裝簡(jiǎn)便、適用性廣、支護(hù)效果好等優(yōu)點(diǎn)。在采礦掘進(jìn)過(guò)程中，臨時(shí)U鋼支護(hù)主要應(yīng)用于兩個(gè)方面，一是對(duì)頂板進(jìn)行支撐和固定，保證頂板的穩(wěn)定，二是對(duì)巷道進(jìn)行支撐和固定，避免巷道的坍塌和變形。

通過(guò)采用臨時(shí)U鋼支護(hù)技術(shù)，可以有效地降低采礦掘進(jìn)過(guò)程中的成本和管理難度，提高工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。在使用臨時(shí)U鋼支護(hù)技術(shù)時(shí)，需要注意合理選擇U鋼尺寸和型號(hào)，確保U鋼的承載能力和適用范圍，安排U鋼支架的間距和高度，保證參數(shù)合理性，避免因U鋼支架密度不足或過(guò)密而導(dǎo)致的支護(hù)效果不佳，嚴(yán)格控制U鋼支架的安裝質(zhì)量和水平，確保U鋼支架的穩(wěn)固性和牢固性。及時(shí)做好檢查工作，維護(hù)U鋼支架的狀況，保證其在采礦掘進(jìn)過(guò)程中的支撐和固定功能[5]。

3.復(fù)雜地質(zhì)條件下采礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)優(yōu)化策略

（1）建立采礦掘進(jìn)支護(hù)安全管理體系。在復(fù)雜地質(zhì)條件下，采礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的優(yōu)化策略之一是建立采礦掘進(jìn)支護(hù)安全管理體系。該體系應(yīng)包括建立安全管理機(jī)構(gòu)和崗位責(zé)任制度，明確各級(jí)管理人員和崗位人員的職責(zé)和權(quán)利，確保安全管理工作的有效實(shí)施。開(kāi)展安全教育培訓(xùn)，提高職工的安全意識(shí)，加強(qiáng)對(duì)安全生產(chǎn)法律法規(guī)的宣傳和培訓(xùn)，提高職工的安全生產(chǎn)素質(zhì)。制定采礦掘進(jìn)支護(hù)的安全生產(chǎn)規(guī)章制度，包括礦山生產(chǎn)作業(yè)安全規(guī)定、掘進(jìn)作業(yè)安全規(guī)定、臨時(shí)支護(hù)安全規(guī)定等，確保采礦掘進(jìn)支護(hù)的安全生產(chǎn)工作有章可循，制定應(yīng)急預(yù)案，建立應(yīng)急救援機(jī)制，在突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，確保能夠及時(shí)有效地進(jìn)行應(yīng)對(duì)，減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

（2）強(qiáng)化臨時(shí)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用。強(qiáng)化臨時(shí)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用，要選擇適宜的支護(hù)材料和支護(hù)方式，根據(jù)地質(zhì)條件選擇合適的臨時(shí)支護(hù)材料，如鋼材、木材、錨桿等，采用合適的支護(hù)方式，如木支撐、鋼支撐、錨桿預(yù)應(yīng)力等，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)掌握掘進(jìn)工作面的變化情況，及時(shí)調(diào)整支護(hù)措施，保證支護(hù)效果符合要求。根據(jù)地質(zhì)條件、采礦方法等因素，制定合理的支護(hù)設(shè)計(jì)方案，確保支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。加強(qiáng)支護(hù)材料的研發(fā)和應(yīng)用，根據(jù)地質(zhì)條件和采礦方法的不同，開(kāi)展支護(hù)材料的研發(fā)和應(yīng)用，提高支護(hù)系統(tǒng)的適應(yīng)性和穩(wěn)定性[6]。

4.結(jié)論

綜上所述，復(fù)雜地質(zhì)條件下的采礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)，是目前礦業(yè)生產(chǎn)中需要解決的重要問(wèn)題。對(duì)于礦業(yè)企業(yè)而言，需要全面掌握復(fù)雜地質(zhì)條件下采礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的要點(diǎn)，采取科學(xué)有效的技術(shù)應(yīng)用策略，有效地解決復(fù)雜地質(zhì)條件下采礦掘進(jìn)支護(hù)的難點(diǎn)和問(wèn)題，提高生產(chǎn)效率和安全性。