煤炭采矿工程巷道掘进和支护技术的应用探析

惠凡光 HUI Fan-guang

（兖矿能源集团股份有限公司东滩煤矿，邹城 273522）

0 引言

当今时代社会发展与自然资源利用关系更加密切，煤炭能源的需求量也在逐渐变大，很多煤炭企业在开挖过程中会出现安全性的问题。煤炭能源的生产是一个系统化的建设流程，需要各类工作在其中发挥重要作用，其中煤炭开采工作作为一线工作内容，为后续的煤炭加工研究提供原始材料，是很重要的工作内容，但是这项工作在开展过程中也会有一定的危险性，对开采工作人员的安全存在不利。为此，相关企业单位需要针对煤炭采矿工作的安全性进行优化升级，借助施工技术的力量将开采工作进行安全性提升。为保证煤炭开采的工作质量，最为有效的方式是目前经常实施的施工支护和掘进工作，这两种施工建设手段能够有效保证煤炭开采工作的质量和效率，维护工作人员的人身安全。

1 工程概况

某采矿区域的雨季一般在4月至11月期间，但是，4月到6月的降水量非常的大，暴雨的情况经常出现；12月至次年的3月，此区域的雾气很大，与此同时，还会出现降雪以及霜冻的情况。整个矿区的湿度一般在80%左右。

2 煤炭采矿工程巷道掘进与支护技术基础介绍

巷道掘进是进行巷道支护的前提，需要对巷道进行一定的修饰完善才能进行后续支护。目前在煤炭采矿工程建设中较为常用的巷道掘进技术综合使用的直眼掏槽和斜眼掏槽，在施工过程中会根据土层地质的变化进行方式的改变，比如说在遇到软岩夹层时就会运用斜眼掏槽技术进行掘进。在进行掘进时，需要相应的设备作为支持进行配合工作，从而确保工作效率以及工作质量，结合机械设备的力量将掘进工作进行系统化推进，很大程度上可以提升煤炭采矿工作效率。

在巷道掘进工作完成之后，就为支护技术的实施做好了铺垫，可以结合周围地质条件进行支护工作。在支护技术实施过程中需要注意预留煤柱，将预留的煤柱作为中心，在巷道的上下区段内进行煤柱预留，很大程度上降低巷道的承压力，可以保证煤炭采矿巷道行走安全；另外需要注意的就是以预留煤柱为中心进行排水工作和通风工作建设，以降低煤炭采矿工作受天气影响的程度。（图1）

图1 巷道支护图

3 煤矿巷道掘进施工及注意事项

目前，我国最常用的基坑开挖方法是综合机械化开挖和锚固开挖。第一，在综合掘进技术的应用过程中，系统组成较为复杂，需要应用于钻孔设备、掘进设备、便携式设备和通风设备。这种隧道开挖方法不受影响，否则很难顺利进行开挖工作。一般来说，在隧道施工技术的应用过程中，系统性能越好，隧道施工性能就会进行提升。第二，锚杆综合开挖的优点是可以有效节省开挖时间，这是基于锚杆支护技术的应用和隧道公寓隧道支护的一体化。

通常，在煤矿施工过程中，为了保证路面的快速开挖，往往需要不断地进行破煤、载煤等工作，所以使用隧道是最常见的。煤矿巷道掘进机具有安全、高效、连续作业的优点，本实用新型专利技术借助运输设备，可实现高效、快速的连续作业，显著提高运行速度。一般来说，煤矿巷道掘进是一项非常复杂的工作，为了保证隧道的安全，在隧道空间开挖成功后，应采取有效的支护措施。螺旋支护技术是目前煤矿巷道支护中最常用的支护技术，该支护技术的应用有效提高了煤矿的开采效益。例如，某煤矿采用不同支护方式时，表1和表2给出了两帮移近量和顶底移近量表。

表1 不同支护方式两帮移近量表

表2 不同支护方式下巷道顶底移近量表

4 煤炭采矿工程巷道掘进和支护技术

4.1 特点分析

煤炭采矿工程巷道掘进和支护技术机械化程度较高，与传统的支护技术相比，锚杆支护技术的应用优势十分明显，一方面能够有效提升煤炭采矿工程掘进及支护的效率，另一方面也可在保证支护效果的基础上，严格控制工程成本。同时，该技术的科技含量较高，在煤炭采矿工程掘进及支护技术中融入了多种其他的先进技术。在时代快速进步的今天，也需要大力推动锚杆支护技术的发展与创新，以满足社会发展的基本需求。锚杆支护强度较高，可显著提高锚杆支护作业的效率。

4.2 煤矿巷道掘进和支护技术现状

煤矿巷道掘进常用技术主要有综合机械掘进、锚杆掘进和综合管道掘进。这三种技术各有优缺点，在特定应用阶段的应用范围也不尽相同。在机械掘进的广泛应用过程中，为了达到掘进的目的，就需要对一些设备进行组合，它具有效率高、速度快的特点，但应用成本高，其技术性能容易受到机械设备质量和性能的影响。在这种方法的应用中，机械故障后可能无法成功应用该技术。掘锚式法是基于悬臂式掘进机，全管道法的应用成本低，但应用进度缓慢。一般来说，目前隧道开挖的方法和辅助技术有很多，但不同的辅助技术的效果各有利弊。

5 影响煤炭采矿工程巷道掘进及支护的因素

5.1 巷道围岩强度

巷道围岩强度直接关系到巷道整体的稳定性。为了进一步保证巷道支护施工效果，支护人员需对岩层构造、岩层厚度及围岩易变形状况进行勘察，结合勘察结果选择合理的掘进和支护技术。同时，围岩强度还直接关系到顶板位移变化情况，这二者之间呈反比关系，即围岩强度越大，顶板位移变化值就越小，此种状况说明顶板不易发生变形问题，整体稳定性良好。因此，支护人员在具体施工中，应加强对巷道围岩强度的重视，以保证巷道支护质量。

5.2 地应力

煤炭采矿工作一般都会在山区开展，矿山的承压力将会影响煤炭开采工程是否顺利开展，当出现问题时会出现岩体位移变动、煤层变化，甚至是岩层断裂坍塌。这样的情况出现就会影响到整体施工建设，会对工作人员产生生命财产上的损失。为此，在进行开采工程建设时，需要对巷道掘进和支护工作的工作面进行保护，确保采空区的承压安全，保证采矿作业有足够的安全性，较为常用的手段就是控制顶板岩层。

5.3 巷道断面

在巷道掘进与支护施工中，支护人员应采取措施对巷道围岩应力进行改进，避免出现应力高度集中的现象。因此，支护人员需考虑到巷道断面的形状，以此优化围岩应力不均的问题，保障支护施工安全。

5.4 巷道建设环境土层的影响

在进行巷道掘进时，周围的地质条件会对巷道建成强度产生一定的影响，很大程度上决定了巷道的稳定度，围岩强度更是决定性因素。为了保证巷道掘进工作进程以及巷道建成质量，需要在前期工作准备中对巷道周围的岩石强度进行研究考察。当围岩强度符合支护要求时，就可以进行锚杆支护；而当围岩强度随着锚杆支护作用力进行正比变化时，就可以进一步增强巷道的安全性。巷道周围环境土层中包含着围岩，在进行巷道建设时，对围岩强度考察的核心内容就是对其荷载力进行检测，确保其荷载能力能够发挥足够支撑作用，从而保证巷道掘进的安全。

6 煤炭采矿工程巷道掘进支护技术及要点

6.1 吊环式前探梁支护技术

该支护技术的主要架构组成就是三根悬挂的前伸支架，首先测量出矿井巷道的中轴线，并在中轴线设置一根支架，另外两根支架设置在距离中间支架100cm处，同时为了保证支架的稳固性，需对支架采取加固措施。在吊环式前探梁支护技术运用过程中，前探梁需要采用吊环辅以固定，并采用11号矿用工字钢材，以保证吊环的强度符合施工标准。在锚杆施工中需要设置标准的丝扣，并将全部吊环安装在丝扣上，此举有利于提高煤炭采矿工程巷道掘进支护的施工效果。

6.2 吊链式前探梁支护技术

和吊环式前探梁支护技术结构类似，吊链式前探梁支护技术的主要架构组成是三根吊链式的前探梁，首先测量出巷道的中轴线，并在中轴线设置一根吊链式前探梁，另外两根吊链设置在距离中间吊链100cm处，同样利用吊环对整个结构进行支护处理。另外，在实施吊链式前探梁支护技术时，需在矿井中布置一些浮矸活石，利用这些浮矸活石的干扰性推动前探梁向前移动。同时，在掘进施工中一定要构建临时支架，保障掘进施工的安全开展，避免对施工人员安全构成威胁。

6.3 永久性支护技术

6.3.1 锚杆支护

大量工程实践表明，锚杆支护技术在煤炭采矿工程掘进支护施工中得到了有效应用。该技术所带来的经济效益、社会效益已被社会公众认可，其优点具体体现在两个方面：一是投入成本低，二是施工过程中安全性较高。由于受到差异性性能、型号等因素的影响，锚杆支护技术在实际施工中所采用的支护形式具有多样性特点，使用频率较高的就是复合玻璃钢锚杆。玻璃钢具有较高的强度性能，杆体尺寸一般不超过0.26cm，还可以将其应用于钻孔施工中。再加上玻璃钢锚杆内端头通常以左旋麻花结构为主，在支护施工完成后，可以保证锚杆和岩石层面的应力处于一个相对平衡状态。另外，施工人员在安装锚杆时需要特别注意的一点是，在使用锚固剂对锚杆进行加固支护时，应严格规划好锚固剂的搅拌周期，保证锚固一次成功，避免二次修补，从而减少维修费用的投入。

6.3.2 锚索支护

在煤炭采矿工程中，锚索支护技术的应用价值主要体现在三个方面，具体如下：一是能将岩层表面的使用价值充分发挥出来；二是能更好地保证岩层支护效果；三是能保证岩层结构长时间处于稳定的状态，减少巷道发生下沉与变形的可能性。在锚索支护施工的过程中，施工人员需要利用尺寸规格满足施工要求的托盘工具，对锚索设备的性能使用状况进行整合，以保证锚索支护施工的效率和支护效果。

6.3.3 锚、网、喷支护

这是一种综合性支护手段，具体来说就是综合考虑巷道的施工条件，选择锚杆、锚索和锚网相结合的支护技术，并在支护过程中对巷道进行喷浆处理。目前这种综合性支护手段在煤炭采矿工程中的应用规模较大。该支护形式的安全系数较高，且能适应地质条件复杂的掘进巷道，已经在中大型煤炭采矿工程中得到了有效应用。其弊端主要体现在以下两个方面：一是施工工序复杂，可能耗费的施工周期较长；二是投入成本较大，不适用于小型煤炭采矿工程支护施工中。因此，在选择巷道掘进支护方式时，需遵循因地制宜的原则，有必要对矿区的地质条件、围岩强度等进行勘察，并结合勘察结果选择合理的支护形式，以实现煤炭采矿工程经济效益的最大化。

7 煤炭采矿工程巷道掘进和支护技术应用要点分析

7.1 完善前期地质分析工作

为了保证采矿作业不对周围地质环境造成影响，在进行采矿工程建设之前需要对地质环境进行勘探研究。结合目前科学技术的发展，需要对勘探技术进行一定的优化，借助系统性的勘探工作来发现地质环境中不利于矿产开发的元素，及时有效的进行处理解决，确保采矿作业的安全程度符合标准。在国际社会上，有关地质结构勘探的设备系统在不断升级，且我国的技术设备也在进行完善推进，将更为贴合实际的技术内容进行应用实践，确保地质构造和地质环境符合开采建设需要。

7.2 管理设备质量

在巷道掘进施工过程中涉及的施工设备较多，为了保证工程质量需要对各类施工设备进行质量检测，确保其使用性能达到标准要求。为了更好的确保设备质量，采矿工程建设单位需要设立相关管理单位，对设备质量进行统一化管理，根据不同设备的施工质量需要，对其进行分类，将不同管理标准应用到实际工作当中，提高设备使用过程中的工作效率，确保工作质量，更快更好的完成安全设施建设，为煤炭采矿工程提供更多帮助。在设备使用时需要遵循设备使用步骤进行工作，在不使用时，也要按照规定要求进行质量养护，避免人为因素造成设备质量受损。

7.3 运用相配套的支护技术

为了在煤炭采矿作业中发挥锚杆支护的作用，将支撑性能进行全面发挥，需要在前期的巷道掘进工作中选择合适的锚杆支撑保护技术，将配套的体系应用到整体建设中去，各部分零件组成也要配套。相配套的支护体系进行作用发挥就需要各组成部件的质量达到标准要求，确保锚杆支护体系中的螺母质量达标，并且其使用安装精准度符合锚杆支护要求。一般情况下，为了保证锚杆支护体系能够承担起整体采矿区的山体压力，在进行支护工程建设时，会将普通螺母替换为专用螺母，以更为适配的体系来维护整体工程质量。

7.4 煤矿掘进巷道支护技术应用

在煤矿开采巷道掘进支护技术的应用中，最常见的就是支护的使用。科学合理地应用该技术，可以有效地保证施工安全，使结构向更实用、更经济的方向发展。设计和施工的具体要求如下：

第一，在螺杆支撑技术的应用过程中，支撑设计是不可替代的，如果这个环节做得不好，螺杆支撑技术可能无法发挥有效的作用。设计人员首先要对煤矿巷道施工进行地形测量和分析，如掘进过程中破碎面稳定性是否高，哪些类型的安全事故最容易发生，这些都可以通过支护来实现，避免了这一问题的发生，提高了路面的稳定性。如果围岩松动圈相较于之前确定的尺寸出现了变化，相关人员要特别注意，因为这意味着路面结构开始放松，必须采取措施尽快解决，否则它可能会导致重大的安全事故。

第二，在开挖与支护结构的具体环节中，应详细分析具体问题，确保相关工作的科学合理实施。一是在混凝土施工中，做好矿工的思想安全教育工作至关重要。只有深刻认识到应用相关技术的重要性，积极配合各项工作的实施，才能保证施工质量。二是为了进一步减少安全事故的发生，建筑工地需要采取各种安全措施，让其他非建筑工人知道该地区正在进行挖掘及相关工程。三是为了进一步保证支护螺栓设计的科学性和规范性，有必要建立智能化的监控管理系统，限制施工人员的行为，从而保证各项施工项目的顺利实施，减少施工频率。四是为了更好的保证施工质量和性能达到预期的目标，施工人员在施工过程中应严格遵循基本工作流程，及时采取措施解决施工过程中出现的问题。

8 结语

总之，煤炭采矿工程巷道掘进和支护技术应用期间，将会有多种因素对相关施工技术效果产生影响，为了更好的优化施工质量，要求工程人员合理应用完善的地质勘探技术，有效控制多种风险因素，从而优化工程施工质量，增大工程施工安全系数。保证企业经济效益，同时维护工作人员人身安全。