煤矿开采技术与掘进支护技术分析

◎白燕乐

煤炭是非常重要的能源，在生产生活中均发挥着重要性的作用，做好煤矿开采十分的关键和必要。但煤矿开采作业会涉及到较多的专业知识，所使用的开采技术与掘进支护技术较多，且实际使用时专业性较强，若是未能正确且科学使用，极易诱发安全事故[1]。从当前煤矿开采技术与掘进支护技术的应用来看，具有着较好的应用优势，且在复杂地质条件下同样可以取得较好的应用效果。以煤矿的掘进支护技术为例来说，常用的有综掘机掘进工艺、连续采煤机掘进工艺、连续采煤机回采工作面支护工艺、掘锚一体机掘进工艺，其中的一些技术工艺有着非常显著的应用优势，在信息化和智能化技术的帮助下可以实现智能化掘进。本文对煤矿开采技术与掘进支护技术的应用要点作一分析探讨，现作如下的论述。

一、煤矿开采技术的应用要点

1.硬顶煤控制技术。

当前所使用的硬顶煤控制技术主要包括两种，一是高压注水压裂技术，二是顶煤深孔爆破处理技术。从本质上来说，硬顶煤控制技术属于一种配套设备技术，适合应用于顶煤的冒放性差、块度大的情况下。在使用硬顶煤控制技术时，一方面要确保顶煤可以快速破裂，合理控制顶板，另一方面要有效发挥输送机的优势，确保煤矿开采作业的安全与稳定。随着近年来硬顶煤控制技术的不断完善优化，应用优势更加的显著，放煤时间可以大大缩短，整个煤矿开采效率也可以因此而提升。

2.硬顶板技术。

硬顶板技术主要依靠倾斜顶板和岩层定向水力压裂技术，能够达到随采随冒的效果，在提升煤矿开采效率中所发挥出的优势是毋庸置疑的。另外，可以在垮落时按照步距来进行，既可以确保顶煤破碎的速度，同时又可以保证煤矿开采作业的安全。

3.“三下”采煤技术。

“三下”采煤技术在煤矿开采中有着十分广泛的应用，且在长时间的应用过程中积累了较多的成功经验，应用优势显著。在当前的“三下”采煤技术应用与发展中，常用的包括条带开采技术、协调开采技术、充填开采技术、局部开采技术、井柱开采技术。

（1）条带开采技术：条带开采技术的应用主要涉及到岩石力学、开采沉陷学这两大内容，应用时会有一定的难度。在应用优点上，带开采技术不会改变原有的采煤方法，同时可以严格按照护体的要求设计开采方案；在应用缺点上，条带开采技术的采出效率较低，巷道掘进量较大。在开采方案的设计中，必须认真分析煤柱的荷载、承载能力、宽度，并遵循三点原则，一是确保条带不会出现破浪变形，二是确保煤柱具有良好的稳定性，且是长期稳定性，三是确保地表变形程度可以始终达到地面保护要求。一般情况下，条带开采技术设计包括五步，即初步确定条带开采宽度→初步确定条带留设煤柱宽度→分析确定条带尺寸→确定条带开采的实际尺寸→最终确定条带开采方案。

（2）协调开采技术：在“三下”采煤技术中，协调开采技术的应用优势十分显著，能够有效控制地表变形，这需要是因为协调开采技术可以巧妙实现开采方向的布置。结合当前所使用的协调开采技术来看，有推广应用价值的方法有三种，一是全柱开采，二是煤层群活厚煤层分层协调开采，三是双向与背向开采。以全柱开采方法为例来说，往往需要多个工作面联合开采，以此减少开采作业对保护对象的影响。在优点上，全柱开采方法可以全面回收资源，不会引发遗留问题；在缺点上，往往会有较大的管理难度，尤其是设备占用较大。除此之外，在开采过程中需要保证匀速推进。

（3）充填开采技术：充填开采技术可以使用顶板管理这一方法，能够减少地表沉降和地表变形，需要使用相关的充填工艺和材料，多使用离层注浆充填技术。在长时间的使用过程中发现，充填开采技术可以适用各种条件下的“三下”采煤问题，且可以最大限度的回收“三下”压煤资源，最大限度减少了煤炭资源的损失。更为关键的一点，充填开采技术应用过程中不会造成太大的地表移动和变形，所以不会诱发安全隐患。但这一技术也存在着一定的缺陷，比如会改变采煤工艺，很容易影响到生产进度，增加生产成本。

（4）局部开采技术：局部开采技术主要是利用地表变形和开采面积之间的关系，通过有效控制开采区域的面积可以实现保护地面建筑的目标，常用的方法包括条带开采、限厚开采、房柱式开采。以房柱式开采技术为例来说，可以将煤层切割为正方形或长方形的煤柱，长度通常在十几米到二三十米，在煤柱的支撑下可以实现安全开采。但当煤柱的数量过多时，会无法确保上下煤层煤柱的对齐布置，而且煤柱的尺寸通常较小，无法实现长期稳定。

（5）井柱开采技术：井柱开采技术在应用时有着较强的特殊性，可以实现竖井保护煤柱回收的目的。总的来说，井柱开采技术会涉及到井下开采技术和井筒保护技术，应用时会较为复杂和专业，所以并未得到十分广泛的应用。

4.深层井开采技术。

深层井开采技术有着较为广泛的应用，在实际使用时可以较有效地控制煤层开采额的矿压，尤其是可以预防冲击低压，在治理瓦斯与热害中也有着显著优势。需要特别注意一点，在使用深层井开采技术时，要对深井的通风性、井向、应力场分布特点、深井围岩状态、深井场地环境开展全面的分析，结合实际情况选用装备、掘进技术、支护技术，比如会使用到深井开采热害处理技术、深井高采高销技术。

二、煤矿掘进支护技术的应用要点

1.煤巷、半煤岩掘进工艺。

当前所使用的煤巷、半煤岩掘进工艺较多，主要包括综掘机掘进工艺、连续采煤机掘进工艺、掘锚一体机掘进工艺、连续采煤机回采工作面支护工艺。

（1）综掘机掘进工艺：综掘机掘进工艺包括较多的方法，主要有综掘机机载双锚支护、综掘机配单体气动锚杆钻机支护、综掘机配两臂式锚杆钻车支护、综掘机运锚机一体化工艺、综掘机配单轨吊液压钻机支护。以综掘机配单体气动锚杆钻机支护为例来说，是一种最为成熟的巷道掘进与支护技术，能够同时实现掘进和支护。再以综掘机配两臂式锚杆钻车支护为例来说，可以适用于围岩较破碎的巷道支护，并实现掘进和支护的交替作业。

（2）连续采煤机掘进工艺：主要有连采机多巷快速掘进与支护、连采机单巷快速掘进与支护。连采机是煤巷快速掘进中一种新型装备，显著优势是成型好、掘进速度快、可实现掘进与支护平行作业，工艺类型也较多，比如联合使用连续采煤机、梭车、带式输送机、锚杆钻车、给料破碎机。

（3）连续采煤机回采工作面支护工艺：在当前的煤巷、半煤岩掘进工艺应用中，连续采煤机回采工作面支护工艺未得到较广泛的应用，多是作为一种辅助性的工艺加以使用，不过也在长时间的应用中积累了一些经验，比如可以使用2台行走液压支架管理顶板，以此来优化采场布置和顶板控制。

（4）掘锚一体机掘进工艺：在掘锚一体机掘进工艺中，掘锚一体机发挥着重要性的作用，可以有效完成切割、装运、锚杆支护。与连续采煤机的应用相比，掘锚一体机的应用优势更多，实用性和适用性更佳。在长时间的应用中发现，掘锚一体机的掘进工效可以是悬臂式掘进机的3倍以上，这大大提升了煤矿开采掘进的效率。在实际使用掘锚一体机掘进工艺时，可以采用两种作业方案，一是联合使用掘锚一体机和掘锚后配套，二是联合使用掘锚一体机、转载皮带、八臂锚杆钻车。以掘锚一体机和掘锚后配套的联合使用为例来说，技术优势集中体现在三个方面，一是可以实现掘进、支护与运输的三位一体，二是在每掘进25m时便可以前移一次皮带，有着较高的掘进效率，三是可以实现掘进与支护的平行作业，且安全高效。

2.岩巷掘进工艺。

在岩巷掘进工艺中，常用的掘进支护技术有岩巷钻装机组掘进、岩巷重型掘进机、岩巷盾构机掘进。

（1）岩巷钻装机组掘进：这一掘进支护技术的优势之一便是可以将凿岩与装运这两项工作结合起来，常用的设备有CMAY1型岩巷钻装机组、CMZY2型岩巷钻装机组。能够提升设备交叉换位时的效率，可实现掘进作业的快速推进。另外，岩巷钻装机组掘进这一技术应用时不需要投入太多的人力，劳动强度低，且安全性能高。更为关键的是，可以实现钻装一体化，通常月均进尺可以达到100m，月最高进尺可以达到220m。

（2）岩巷重型掘进机：当前常使用的硬岩掘进机包括BBH300、EBZ300、EBH450，均可以实现岩巷的快速掘进。

（3）岩巷盾构机掘进：盾构机的应用十分常见且广泛，尤其是在隧道掘进中发挥着重要的作用，掘进效率可以达到月最高进尺1034m。在近年来的煤矿开采与掘进中，盾构机的应用较为常见，在煤矿斜井设计与施工中有着较好的应用效果，甚至已经可以达到世界先进水平。

3.非煤矿山巷道掘进工艺。

在近年的非煤矿山开采中，悬臂式掘进机、连续采煤机均有着较为广泛的应用，可以满足非煤矿山巷道掘进的要求。更为重要的是，在当前的非煤矿山巷道掘进工艺中，新型耐腐蚀玻璃钢锚网成套技术、锚网带索支护技术的广泛应用，直接革新了传统的非煤矿山巷道掘进工艺。具体来说，可以使用的设备主要包括EBZ120悬臂式掘进机、EBZ260悬臂式掘进机、EBZ160悬臂式掘进机。以EBZ260悬臂式掘进机为例来说，可以直接实现巷道掘进，可以构建出拱形断面，并使用锚喷支护，通常月进尺可以达到300m。

4.智能化巷道支护工艺。

在智能化巷道支护工艺中，当前主要使用顺槽巷道无反复支撑支护技术、巷道机械化支护、多功能巷道支护修复机。

以顺槽巷道无反复支撑支护技术为例来说，优势之一便是可以很好地替代传统的十字铰接顶梁、单体支柱，在综采工作面的超前支护中有着良好的应用效果，且有着较高的机械化水平，劳动强度低。在实际开展掘进支护时，需要使用到多架单跨门式支架、搬运车，利用链条连接相邻支撑装置，确保可以与顺槽巷道超前支护成为一个整体，为实现良好的长距离机械化超前支护，可以考虑增设单跨支撑装置。相比于传统的十字铰接顶梁、单体支柱，顺槽巷道无反复支撑支护技术的成本节约可以达到70%，效率可以提升30%以上。

再以巷道机械化支护为例，可以使用的现代化设备较多，主要有CMM2-25煤矿用液压锚杆钻车、CMM4-25煤矿用液压锚杆钻车、CMM8-25煤矿用液压锚杆钻车、CMM10-30煤矿用液压锚杆钻车，均有着较好的应用优势。以CMM10-30为例来说，这一设备可以同时实现掘进、支护和运输，且可以做到全断面支护，有着非常高的支护效率，可以实现掘进支护的自动化和智能化。

三、煤矿掘进支护技术的应用与发展——以掘进智能化技术为例

在近年来的煤矿掘进支护技术应用中，一直存在着采掘失衡这一问题，而且掘进支护作业中很容易受到多种不利因素的影响，严重威胁着作业人员的安全。针对这一问题，掘进装备智能化得到了较好的发展与应用，当前已经形成了四种关键性技术，即井下巷道封闭空间掘进导航技术、远程操作控制技术、装备作业机构自动控制技术、装备间协同移动控制。

1.井下巷道封闭空间掘进导航技术。

这一技术依托于惯性技术与光电技术，所建构的采煤机导航控制系统可以动态掌握煤矿掘进支护信息，能够应用在连采机、掘进机、快速掘进系统、边帮开采设备这些场景中。

2.远程操作控制技术。

借助这一技术可以让作业人员彻底远离工作面迎头操作，不会对作业人员的生命安全造成影响。当前基于远程操作控制技术所研发出的掘进支护技术较多，主要有锚索自动打孔装置、智能锚杆支护机器人、掘进机自动切割系统。

3.装备作业机构自动控制技术。

基于这一技术所应用的掘进支护产品主要有边帮设备远控平台、掘进机远控平台、连采机远控平台、快掘设备集控舱。值得一提的是，在应用装备作业机构自动控制技术时，当前已经对截割机构实现有效的记忆截取、定位截取、自动截割面成形，技术的应用优势毋庸置疑。

4.装备间协同移动控制。

基于智能化技术的优势，可以建构起连采机自动化控制系统，主要包括数据监控系统、视频监控系统、摄像头系统、集中控制平台、井下通讯网络、视距遥控器。所秉承的集中控制和协同分布策略能够大大确保设备在空间内的协同，这对于提升掘进支护效率与安全有十分大的裨益。

四、结语

当前广泛使用的煤矿开采技术与掘进支护技术有着显著优势，可以很好地满足煤矿开采事业的发展需求，值得推广应用。但随着煤矿绿色开采理念的贯彻落实，当前所使用的一些技术尚且存在着缺陷和不足，无法实现真正意义上的绿色化、智能化开采，所以后续要进一步加大研究力度，尤其是要依托于智能化技术大力创新煤矿开采技术与掘进支护技术，更好地解决煤矿掘进支护中的问题，促进煤矿事业的健康发展。