复杂地质条件下的煤矿综掘进支护技术应用分析

王铁成　金殿鹏　李吉新　王立业

摘要：我国地大物博，有很丰富的煤炭储量，煤矿业在中国经济中占据了很大部分。随着开发时间的加长，开采深度也越来越深，在开采过程中也遇到了很多的问题，如断层、褶曲等，严重影响了煤矿掘进。文章就大强煤矿复杂地质下的煤矿掘进支护技术应用进行了分析，也给其他煤矿提供了参考。

关键词：复杂地质条件；煤矿掘进；支护技术；煤矿业；煤炭开采 文献标识码：A

中图分类号：TD421 文章编号：1009-2374（2016）08-0146-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.08.075

对于以往的采煤技术，在此基础上进行改进创新，利用锚网、锚杆、U型钢等一系列方法进行支护，很明显地提高了矿井掘进的支护速度，大大加强了采煤效率。本文以地质条件较为复杂的大强煤矿地区为例，对煤矿掘进支护技术的应用进行了分析研究。

1 大强煤矿掘进地区的地质条件

1.1 工作面位置、四邻及地表情况

工作面位于工业广场南侧采区中部，回风顺槽的东边是钻孔，在切眼的南部有很多断层，以运输顺槽为界西邻CDF97、HDF117、HDF120、F5号断层及897、10-1013号钻孔，在设计采止线的北边则是用来清理撒煤的构造以及各种运输巷道；工作面回采面积为277697m2，运输顺槽长度为1147m（斜尺1170.5m）、回风顺槽长度为1166m（1189m）、切眼长度为241m（斜尺242m），工作面标高-899.7～-1136.4m，地表标高为107.4～105.6m，距地表1018.2～1242.0m。地表为耕地。

1.2 地质构造情况

根据巷道实际回采范围内的煤层呈一单斜构造，煤层走向70°～80°、倾向160°～170°、倾角10°～16°；本工作面中有8条断裂层，附近还有6条断层。

1.3 煤层情况

工作面回采煤层为1煤层，根据巷道资料，1煤层分层3～11层，厚度为8.20～11.2m，平均厚度为10.5m，纯煤厚为6.88～10.7m，平均厚度为9.50m，煤层硬度为2～3。夹石煤层中含有矸的厚度为0.1～0.70m，加起来的平均值厚度为1.00m，岩性为泥岩、粉砂岩及团状黄铁矿岩。煤种为气煤，发热量（Qgr·d）值为26.7～27.14MJ/kg（发热量6381～6487大卡），属中高发热量煤。

1.4 煤层顶底板情况

顶板为直接顶为油页岩、灰质泥岩，油页岩厚度为1.20～1.80m，呈现出灰色。油页岩结构十分坚固，颗粒很小，中间没有缝，泥土中含有胶泥，结构是一层一层的，中间有碳，容易被风化，然后就形成了粉尘。污染空气，其物理力学性质：比重为2.32g/cm?，容重为2.16g/cm?，抗压强度为164～233kg/cm?，抗剪强度26～27kg/cm?，内摩擦角为41°51'，凝聚力为23kg/cm?，由于直接顶的抗压强度小于1000kg/cm?，从其坚固程度来看是软岩。老顶为油页岩、粉砂岩、中砂岩互层、油页岩，厚度为50.0～60.0m，平均厚度为55.0m，粉砂岩厚度为2.50～5.50m，平均厚度为4.00m，中砂岩厚度为5.00～10.0m，平均厚度7.5m。

直接地板是为泥岩粉砂岩，是灰色的物质，呈块状构造，端口层次不齐。老底为中砂岩、粉砂岩、粗砂岩、泥岩互层，中砂岩厚度为0.10～0.40m，平时很少见得到光滑面，颗粒中以灰白色缝石英长石灰白色为主体，很难从中分出煤炭颗粒，泥质胶结；粉砂岩，平均厚度为0.70m，是灰色的，在其表面可以看见灰绿色，并且具有滑面，中间含有很少的砂砾岩；粗砂岩厚度为0.20～1.40m，平均厚度为0.60m，灰白色，颗粒成分以石英长石为主，颗粒分选性较差，泥质胶结；泥岩厚度为5.00～8.00m，平均厚度为7.00m，深绿色，块状构造，偶见细砾，夹砾岩，部分可见滑面构造，半坚硬。

2 煤矿掘进的技术难点

大强矿区在开采过程中要克服的困难有：第一，在矿井不断掘进的过程中，深度一直在深入，矿井顶部的岩石变化非常明显，压力也在不断加大，对支护的工具带来了很大的考验；第二，大强矿区地区矿井的顶底板和煤层都很松软，在压力下容易塌陷。在矿道的掘进过程中，不容易形成坚固的形状，并且变形很严重，支护会下降，边墙会收缩，在掘进过程中还要对后面的矿道进行维修；第三，复杂地质条件和诸多的断层造成改变，难以掘进的地方就需要改变方向，造成了弯道多、坡度陡的问题；第四，在大强矿区的矿井中，普遍存在煤层较薄的问题，特别是主矿道中。因此在对薄煤层进行开采时，巷道回采过程中的主要工作是掘进支护，在对半煤岩巷进行掘进时，高技术、良好的设备、精干的技术和保证设备的良好运行是很有必要的，只要处理好这个问题，采煤的速度将有很大的提高；第五，我国的煤矿开采技术，还采用传统技术，难以与国际先进技术做对比，这是一个很大的问题，要在实践中学习和创新；第六，大强矿区的采煤掘进设备还是很陈旧的设备，遇到较为坚硬的岩石时就难以掘进，还对设备本身造成了很大的磨损，进而减慢了掘进的速度，影响了采煤的速度，对支护也造成了很大的难度。

3 地质条件下煤矿掘进支护技术的关键

3.1 综掘机与普掘机临界点的确定

通常来说，巷道的长度决定了综合掘机与普掘机的临界点，而巷道长度又需要根据综掘机、普掘机的掘进水平，根据实际操作而定。一般情况下，掘进距离较小时采用普掘进机，这样不仅减小了投入，降低了成本，也使得工期安排合理，是最优化的选择。当然距离加大之后就需要采用综掘机了，这是一个技术性较强的机器，可以减少人力的投入，保证了人员的安全，也大大提高了掘进速度，提高了采煤效率。

3.2 综掘机的选型

综掘机的选型要综合考虑各个方面的问题：掘进巷道的宽度、坡度、弯曲程度是主要的选择机型大小的关键因素，煤层和断层的坚硬程度决定了机子的磨损问题。对于煤层厚度、多少，要考虑综掘机的功率。最后还要考虑设备的后期维护和维修问题，是否有这样的技术人员，能够操作这样的机型，也至关重要。

3.3 截齿的选择问题

选择截齿我们最要关注的当然是坚硬程度，截齿够坚硬，磨损的速度才会减慢，这样才能有效地掘进巷道，加快采煤的速度。当然遇到了特别坚硬的地方，大于截齿能够承受的强度，那就应该采取放炮的方式行进，这个过程中一定要保护好截齿，如果损坏了掘进机，维修要耽误工期，对企业的效益极为不利。

3.4 临时支护技术的应用

临时支护：机割一个循环后，采用顶板打锚杆托钢筋网或夹木柈作为临时支护，并为下一循环打超前护顶锚杆打注顶板锚杆时必须使用锚杆钻机，五花型式打护顶锚杆，同时在两帮各打一根锚杆夹上大柈用以维护巷帮，打护顶锚杆时先顶后帮，由外向里、由有支护侧向无支护侧进行。护顶锚杆打注完毕后，打注超前护顶锚杆，超前护顶锚杆打在巷道轮廓线上，与巷道轴线成45°～55°夹角。

3.5 永久支护技术应用

永久支护：采用锚杆、36U金属棚、金属网、喷砼联合支护，并打锚索补强。

巷道开挖成形后架设36U金属棚，金属棚为圆形，棚后铺设金属网，网后刹2～3层木柈，然后喷砼对巷道封闭，使支护形成统一整体，最后再打锚索补强。

3.6 设备的保养和维护

设备的完好关系到作业能否顺利进行，是工厂进行运作的核心要点，因此对发生故障的设备必须及时修理，应该对维修人员进行培训深造，保证他们的专业性，时常进行演练，来培养经验丰富以保障设备可以及时投入使用。安全是大事，一定要做好安全的保证，机械事故绝不允许发生。另外，这些机械肯定是要经常性流动的，在运输的过程中，要做好安全保护措施，综合考虑各个方面的因素，天气的好坏、道路交通的状况等都是应当考虑的问题。设计好设备的调度方案，提高机械设备的利用率。充分发挥掘进机的性能，合理安排施工工艺技术，培养良好的劳动作业团队，引进最专业的技术，使用好这些设备，为煤炭业的发展奠定良好的基础。

4 穿越断层的锚网支护研究

4.1 直接破项法

这种方法主要是用于顶板不稳定，容易破碎，给支护工作带来难度的地方，并且顶板的岩层硬度不能太大，掘进机可以直接破损。另外在掘进的过程中，如果出现巷道坡度突然增大，也应该采用这种方法。这一方法的实施为，用掘进机直接将顶板破除，只留下两边比较稳定的面，然后利用锚网进行支护。这样可以有效解决顶板塌陷、巷道坡度大的问题。

4.2 退后卧底法

在采矿过程中，遇到断层，但是保留了顶板的完整性，还比较坚固时，可以对周围岩石进行支护，然后让掘进机后退，卧底前进，保证断层巷道中的低位高度与安全技术要求相符，这一技术不但保证了断层顶板的完整性，而且增加了巷道的稳定，保证了作业的安全实施，是比较好的方法。

4.3 锚杆临时加U钢法

该矿区中存在较大落差的断层，这样的地质结构使得巷道周围的岩石容易破碎，造成巷道的垮塌，存在极大的安全隐患。这时会利用U型钢架进行固定支护，与临时的超前支护、锚杆支护混合使用，加固时让锚杆倾斜45°。预紧力可以使周围的岩石变得很稳固，当锚杆间的距离取得适当时，这个方法的效果将大大加强。

5 结语

煤矿的掘进支护技术对保证煤矿开采过程的安全、提高煤矿开采效率有重要影响，在复杂地质下进行掘进采煤时，应首先分析地质结构，然后制定相应的方案，加强机械应力。对支护技术进行研究和创新，在保证安全的前提下提高采煤效率。

参考文献

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[2]章庆丰，贾宝山，王晓阳.模糊数学在改进掘进支护参数中的应用[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2003，（2）.

[3]赵义胜.近距离煤层采空区下掘进巷道支护形式的选择[J].西山科技，2001，（5）.

作者简介：王铁成（1975-），男，辽宁铁岭人，铁法煤业集团公司大强煤矿有限责任公司工程师。

（责任编辑：秦逊玉）