采矿工程巷道掘进和支护技术的应用分析

2021-08-02王彦荣

当代化工研究 2021年14期

＊王彦荣

（中阳县应急管理局山西 033400）

煤矿资源作为世界能源中的重要来源，对人类的发展和生活有着重要的意义。为此世界各国都在不断的研究如何才能够更好地对煤矿资源进行利用。也正因为如此，煤炭资源在众多资源当中的地位还在不断的提高，如今煤矿的需求量依然在不断的增加中，煤矿巷道掘进施工数量也逐渐增多。为了能够更加高效的开采煤矿资源，各式各样的开采技术不断的研发出来，尤其是对于巷道掘进和巷道内的支护技术应用更是十分广泛。图1为掘进设备的示意图。

图1 掘进设备示意图

1.采矿工程中掘进和支护技术的现状

传统的锚喷网联合支护技术是在掘进施工中经常使用的支护方式，但是随着采矿项目的增多，面临的矿井施工环境和内部构造也越来越复杂，在煤矿巷道掘进施工过程中受临近空采区以及覆岩层的影响，现使用的巷道支护技术和工艺仍然存在需要改进的问题，这些问题的存在对掘进巷道施工的质量和安全产生一定的影响。经有关部门统计，我国在2018年-2020年间发生的煤矿顶板事故中，大部分都是由于支护工艺不到位、支护技术不合理所造成的。因此，为了保证煤矿施工过程中的安全性，需要对顶板支护中存在的问题进行解决。

2.巷道掘进与支护之间的关系

在采矿的过程当中，经常会为了提高施工进度用到爆破作业的形式，为了能够更好地达到爆破的效果就需要采用直眼掏槽（如图1所示）和斜眼掏槽相结合的方式进行施工。如果在挖掘的煤槽之间夹杂着夹矸这种东西就会对掏槽的过程带来很大的麻烦，为此应该将掏槽的角度进行一定的调整，最好控制在45°到90°之间。而在施工的过程当中需要进行爆破的时候，根据需要爆破的面积大小设置不同数量的槽眼，面积越大需要的槽眼就越多，这样在进行爆破之后才能使巷道更加的规则。在巷道当中进行掘进的时候通常会使用掘进机，将破煤和装煤的过程实现一体化，这样对于巷道的掘进过程可以提高效率。如果想要实现对煤矿的连续开采可以采用横向切割煤矿的模式，这样做最大的好处就是能够将巷道整个扩大。当施工过程当中开始连续采煤时，将掘进机和回采的工艺相结合，对于生产效益的提升有很大的帮助。

图2 直线掏槽掘进炮眼布置

采矿的工作一般都是在山下或者地底深处，这就容易导致矿底的压力特别大，在掘进的过程当中一定要考虑好巷道的安全问题，因此必须要根据煤矿的实际情况来设计出有效的方案对巷道进行支护。在开采的过程当中，还要保留一定数量的煤柱，对于施工单位来讲，操作简单、作用大、成本低，尤其是在发生巷道底板底鼓的情况下，预留的煤柱可以起到很好的支撑作用。因此为了保障整个掘进过程中的安全性，要设计出合理的宽度预留出一定数量的煤柱。

3.巷道掘进支护存在的问题

(1)支护技术缺乏合理性

一些煤矿企业在施工过程中，由于过度重视经济效益、为了节约生产成本，在进行掘进巷道支护工作时，采用的支护材料不能达到安全要求，例如，不同的煤层属性和硬度不同，对支护材料的要求也各不相同，对于石炭二叠纪煤层这样煤层松软、断层结构又多的煤层，需要加强支护材料的质量，因此需要施工单位在进行巷道支护时根据实际情况进行支护材料的选择，确保支护工作的有效性和安全性。

支护工作要遵循设计部门对掘进巷道支护的设计方案进行支护操作，一些设计部门在设计方案时存在盲目性，没有根据巷道受压状况及巷道顶板围岩的状况进行设计，对施工现场存在的断层碎裂带没有采取合理的支护设计方案，从而留下了安全隐患，为后续顶板维护工作增加了难度。

(2)支护工艺缺少完善的安全管理

目前，煤矿企业对顶板支护工作缺少足够的重视，没有对顶板做好支护工作。导致由于在掘进工作时出现顶板破裂以及顶板过断层带受到压力过大，最终致使顶板下沉，如果没有支护措施进行保护，将会造成严重的煤矿顶板安全事故的发生。

在施工人员进行巷道掘进施工时，作为一线操作人员缺少对顶板支护安全管理，在完成支护工作之后没有对支护失效的情况及时解决，没有检查支护质量。在进行巷道炮掘时，由于强烈的爆破操作，会导致很多支护装置出现失效的情况，如果不及时采取补充支护措施将会留下安全隐患，造成巷道冒顶的现象[1]。

(3)支护设备不够先进

采用悬臂式掘进机进行顶板支护，通常用于综合机械化掘进巷道。但是对于巷道的空顶处，利用悬臂式掘进机进行支护的质量比较差、不能达到施工现场的支护要求，容易导致现场出现支护事故。

在煤矿炮掘巷道掘进中通常利用风动锚索机对顶板进行钻眼，由于锚索机是由人工进行操作，因此在钻眼操作中会导致钻眼的深度和角度都存在相应的误差，最终导致支护存在不合格性，达不到支护效果。支护预紧工作也是由施工人员人为进行操作，依靠人工感觉便容易出现较大的误差，导致支护性达不到预计要求[2]。

4.巷道掘进与支护技术的应用

(1)选择合适的巷道掘进和支护方式

首先在最初的设计工作时就应该尽量避免比较复杂的区域，这样施工的时候会更加方便从而节省了人员和支护的成本。现在的科技水平比较发达，可以通过数据模型的方式先进行模拟，这样才能保证安全性。为了能够让巷道掘进的工作顺利进行所选用的设备一定要慎重，需要结合实际的情况来进行选择。目前我国设计出来的设备已经能够实现在掘进的同时进行支护的工作。例如，在进行软岩巷道的掘进和支护时，一定要进行多次的支护工作，另外为了保证效果，还应该在巷道的表面铺上混凝土并且需要安装支护网。为了提高巷道附近的承重能力还应该在比较薄弱的地方增加锚固梁，这样就能够提高支护的效果，并且还能限制住巷道的变形。根据地形的不同，在煤矿中进行掘进时，为了保证掘进的效率必须要使用最适合的掘进设备，在使用设备的时候一定要注意工作面与顶棚之间的距离不能够低于3m，一旦之间的距离太近，在经过已经出现破碎的顶板时就有可能将顶板刮落。并且我们现在所使用的悬臂式掘进设备技术还不太成熟，无法做到在掘进的同时对顶棚进行支护，因此需要根据实际情况设计一套如下图的工装能够对顶板处进行临时的加固操作，这样便能有效的降低顶板的安全问题。

图3 掘进巷道丝杠式前探梁超前支护剖面

(2)掘锚一体化技术

对于西方比较发达的国家而言，对于掘锚一体化的技术研究的比较透彻。因为利用掘锚设备开展工作的质量比较高，矿道的安全系数相比较之下也更加的高，还有最重要的一点就是应用的范围比较广泛。掘锚一体的技术最主要的作用就是在矿道中进行掘进工作的同时对矿道进行支护的工作，这种技术在一些顶板条件不好的巷道中比较实用，能够同时将挖掘的进度和巷道的安全兼顾。通过在当前各个煤矿所反馈回来的数据显示，掘锚一体技术能够提高50%以上的掘进效率，并且有效的改善了煤矿下的施工环境和掘进设备的性能指数。由此可见掘锚一体化技术对于我国煤矿资源的开采效率和矿道的安全性能有着显著的作用，为了能够让煤矿资源的开采更加顺利，应该对该项技术加大力度进行开发，从而让煤矿的挖掘更加顺利。