赵龙海

摘 要： 煤炭开采，是社会生产与资源供应的主要渠道，它具有基础性、多元性等特征。随着国内生产技术逐步开发，煤炭开发环节中的应用技术也在不断的进行更新。社会的发展，人们生活质量的提升，国家对各项资源开采提出更高需求，对资源依赖性也与日俱增。然而，煤矿作为不可再生资源，随着开采越发深入，开采难度也逐渐增大，一旦出现问题，极易威胁采掘人员人身安全。对此，探讨了复杂地质环境下煤矿采煤掘进支护技术及其应用，以期保障煤矿开采效率与安全性。

关键词： 复杂地质条件;煤矿;采煤;掘进支护;技术;应用

【中图分类号】TP273     【文献标识码】A     【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.38.012

1 复杂地质条件下煤矿安全生产影响因素

兴隆煤田开采的煤矿地质条件复杂，属典型的叠瓦式构造，具体表现为断层多，裂隙多，破碎带多的“三多”复杂条件。在煤矿采掘过程中，具有一定的安全隐患，分析其影响因素、探讨应对措施能够提高煤矿采掘作业的可靠性与安全性。实践表明，复杂地质条件影响煤矿安全采掘的主要因素表现为以下几点：其一，随着长时期的开采，采掘深度逐渐增大，与地质构造的复杂性叠加作用，致使构建的巷道围岩并不坚固，若支撑强度不达标，极易导致围岩破碎，影响煤矿安全开采。其二，由于兴隆煤田有大范围地表露头，受地表降水影响，浅部围岩逐渐松软，增大了开采难度与采掘的危险性。其三，随着采掘的不断推进，巷道围岩强度也在不断下降，巷道稳定性受到影响，给煤矿开采带来安全隐患。其四，各类断层对围岩结构造成直接影响，安全难以保障。如此种种，都为安全采掘带来影响。对此，加强采掘过程的支护，具有重要意义。

2 复杂地质条件下煤矿采掘的重难点

2.1 煤层地质结构变化

兴隆煤田开发之初，地质条件本就复杂，随着80年代地表小井的开发、开采不断深入，逐渐深入到叠瓦式断层基带，煤层的地质结构也随之发生变化，导致煤层的顶板岩性显著改变，围岩应力上升，加大了采掘困难程度。

2.2 前掘后修技术

在兴隆煤田复杂的地质条件下，前掘后修的施工难度较高，具体变化有：底板松软、顶板松动等。长此以往，极易导致巷道破碎，影響成型，施工进度受到严重影响。并且，在采掘过程中，巷道顶板会出现收缩现象，巷道变形概率上升。在开拓掘进时，选择相应的巷修技术非常关键，有助于防范事故，保障人员作业安全。

2.3 薄煤层开发技术

兴隆煤田除二、四、六煤层外，多数煤层为薄煤层，在开采此类煤层时，困难较大，需要结合科学施工方式，利用煤巷、半煤巷等特点保障支护技术有效完成。在半煤巷采掘时，应依照实际情况，选择适宜的薄煤层开采工艺技术和设备，保障采掘工作顺利展开。

3 复杂地质条件下的煤矿采煤掘进支护技术

3.1 支护技术设计方法

目前掘进巷道锚杆支护技术设计方法包括工程类比法、理论计算法、仿真计算法和信息化设计方法，其中应用较为广泛的是工程类比法，主要是以支护系统和现有资料为基础，资料包括巷道围岩的地质条件、水文情况、工程环境等，通过类比分析已有成熟支护技术资料及经验，进而提出巷道掘进支护技术参数。

3.2 利用锚杆联合U型钢支护

当煤层处于复杂地质环境时，可通过锚杆支护保障采掘安全性。通常，复杂地质条件可能会涉及破碎断层、裂隙带、冒落带等，给采掘作业带来隐患，为人员安全造成威胁。对此，利用U型钢布置临时性支护进行超前支护，创建稳定、可靠的采掘环境。

3.3 破除不坚固顶板岩层

在煤矿掘进时，若顶板围岩并不坚固，应通过直接性破顶法将不坚固顶板围岩破除。具体来讲，支护模式主要是指利用凿岩机、掘进机直接冲击断层顶板，针对牢固性差的位置，可直接将其破除，剩余稳定性强的围岩。若条件允许，可借助锚索网实现。对于整体性顶板围岩，应将其限制于硬度系数5以下、落差限度2m内。若遇到特殊情况，顶板围岩缺乏韧性，要迅速破碎。

3.4 退后卧底支护

通常，退后卧底支护适用于上顶板、坚韧性佳的岩层，因为该类岩层较为完善。同时，使用方应将断层落差限制在2.5m内。利用围岩加固，实现支护处理。为保障围岩支护与特定技术流程相符，煤矿采掘应与特定技术指标相符，保障围岩稳定性。

4 支护技术应用效果评价

4.1 巷道表面位移监测

为了验证兴隆煤田汪庄矿巷道掘进支护技术的安全性和稳定性，进行了巷道表面位移的检测，根据检测结果，伴随着巷道掘进工作的施工，巷道表面的围岩变形主要发生在掘进开始的 5～7 天时间段，此时的变形速率大，变形量增加明显。顶板的下沉变形在1周时间内基本完成了90%的变形，随着时间的推移逐步稳定。而两帮的变形在掘进完成的 3～4 周之内均存在，最大值约为120mm。由此可见支护技术应用过程中能稳定可靠工作，达到了设计效果。

4.2 锚杆轴力监测

为了验证锚杆工作的可靠性，对汪庄矿、平安矿巷道掘进过程中的锚杆轴向受力状态进行了检测，分析检测结果可知，锚杆的轴向力的大小变化趋势与巷道表面围岩的变形趋势基本一致，主要集中于掘进工作开始的1周时间内。锚索和锚杆的受力较小，顶锚杆轴向力最大值保持在45～50 kN，上帮和下帮锚杆轴向力最大值约为40 kN。由此可见支护系统的受力状态处于设计强度的50～60%，能够保证锚杆工作的可靠性。

结束语：总而言之，随着煤矿的不断开采，煤矿地质条件越发复杂，开采难度增大，安全性受到严重影响。对兴隆煤田复杂地质条件下采煤掘进支护技术的研究，为有效保障煤矿安全展开，应积极落实支护技术，提高煤矿巷道安全与稳定，保障煤矿采掘有序进行具有一定意义。

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