复杂地质条件下有效的矿山掘进支护技术

朱国玺

（酒泉钢铁集团有限责任公司，甘肃 嘉峪关 735100）

很长一段时间以来，由于我国采用的传统采矿方法比较粗放，存在采矿技术相对落后，难以保证采矿的生产效率和施工安全等问题。同时，由于我国是一个拥有大量矿产的国家，矿产资源十分丰富，而工业的发展也离不开矿产资源的支持，而随着科学技术的进步和社会的进步，对矿产资源的利用也越来越频繁，由此进一步提升了对矿井掘进技术要求。在此基础上，产生了矿山巷道掘进支护。在复杂地质条件下，将矿井掘进支护技术有效地运用于矿井的开采过程中，一方面可以有效地减少开采安全隐患，保障矿工的生命安全，另一方面该技术也属于采矿业的一项关键技术，相关的矿产企业一定要格外重视矿山开采过程中的掘进支护技术[1]。

1 矿山开采过程中的不利因素分析

目前，考虑到矿井地质情况比较复杂，技术人员在矿井开采时必须综合考虑各种影响因素，根据不同的影响因素，采用适当的支护技术，保证开采掘进作业的安全，从而保证矿山的正常生产[2]。一般情况下，在矿山采掘作业的过程中，由于地质条件的限制，导致矿井周边围岩较为疏松，容易发生破裂。同时，在矿山开采的过程中，由于受到地下水的侵蚀，容易导致巷道的软化以及围岩层被破坏，进而为开采过程中的巷道支护工作带来了不利影响。此外，若围岩的强度低，很容易对矿井巷道的稳定产生不利的影响，而且在矿井的采掘中，如果掘进技术使用不当，则很容易导致地质条件出现变化，进而对矿井的安全带来一定的负面影响。举例来说，在一些地质条件不稳定的区域，在压力影响下，会产生集中应力问题，从而直接影响矿产开采工作的安全。

2 矿山掘进支护技术的应用意义

一般情况下，矿山生产工作在地下开展。结合上文可知，在矿山开采过程中，存在诸多安全因素。尤其是很多矿井均处于地下，其整体的通风能力和排水能力较差，稍有不当就会出现安全事故，一旦出现安全事故，不仅会直接影响矿山企业的正常经营和生产，严重的还会直接危及作业人员的身体健康和生命安全。我国是一个矿产资源丰富的国家，在工业生产过程中，需要消耗大量的矿产资源[3]。采矿业对我国的经济和社会发展具有至关重要的意义和作用。当前，随着安全理念深入人心，政府部门已经深刻意识到了矿产资源开采安全的重要性，一旦出现开采事故，会造成恶劣的社会影响。鉴于此，相关的矿产企业在日常的生产过程中，要强化对矿工的培训，通过各种培训方式提升其安全意识，对其采矿作业行为进行规范。同时，矿产企业自身也要充分强化安全保障工作，通过做好采矿掘进工作的支护工作来防止冒顶事故出现，采取必要措施来加强巷道内的通风能力和排水能力，采取各种措施来提升巷道结构的稳定性，敢于应用先进的掘进支护技术来规避掘进安全风险[4]。

3 在复杂地质条件下开展矿山掘进工作面临的困境

3.1 巷道前掘后修的工作量较大

结合大量的矿山开采案例进行分析发现，矿产资源开采工作具有一定的复杂性和综合性。受到开采区域地质条件等因素的影响，导致其整体的开采环境非常恶劣。此外，在实际采矿作业过程中，如果巷道顶板以及底板区域的岩石结构相对松散，在一些地质条件复杂的区域中，松散的岩石容易导致巷道顶底板产生收缩，严重的会直接导致巷道发生变形，时间一长，在掘进作业中可能会出现巷道崩塌现象，会直接影响矿山开采工作安全以及整体掘进作业的效率[5]。鉴于此，为了有效解决上述问题，很多矿产企业往往会在开采的过程中，采取“前掘后修”的方法来进行作业，以此来确保矿井的生产质量和生产效率。虽然该技术可以显著提升掘进工作的安全性，但是也增加了井下作业人员的工作量，在实际的生产过程中容易受到限制。

3.2 矿层地质结构受到破坏

社会生产力的不断提升和工业的不断发展在一定程度上增加了对矿产资源的需求。受到大环境的影响，我国各个矿业公司也强化了矿产资源的开采力度。现阶段，原本处于浅表地层的矿产资源已经趋于被消耗殆尽，长时间的开采工作也开采区域地质构造产生了严重的影响，很多开采区域都出现了采空区，其原有的地质结构被破坏。

为了获取更多矿产资源，现阶段只能在地质条件和环境比较复杂的区域进行开采，由此增加了开采工作的难度和复杂性。尤其是在夏季进行开采的过程中，如果矿区经常降雨，此时矿体顶部的岩体会因降雨影响出现软化现象，严重的甚至会造成围岩的破坏，这就给矿山的掘凿支护作业带来了极大的困难[6]。

3.3 开采薄矿层存在安全风险

我国矿产资源储量十分丰富，而不同地区间矿产资源分布差异很大，为了迎合矿产资源开采需求，少数矿产企业要求针对薄矿层进行开采，由此进一步强化了矿产开采工作的安全隐患。同时为了进一步强化开采掘进作业的安全性，要求矿产企业要根据开采区域的实际情况进行开采，选择合适的开采设备和支护技术，以此来确保薄矿层开采安全[7]。

4 软岩巷道在复杂地质情况下的变形成因

软岩主要是由脆性较高且具有风化特征的岩体构成的一类岩体，如果在实际的开采过程中，遭遇软岩巷道，则需要提前做好软岩巷道的支护工作。考虑到软岩巷道存在结构不稳定以及支护难度高等问题，虽然目前会应用先进的支护技术进行支护，但是在某些条件下，支护技术依然存在一定的问题，难以确保掘进工作质量[8]。当前，我国国内针对软岩巷道进行支护的过程中，往往会采用锚索支护技术，该技术能够实现在巷道深处进行支护，可以显著提升巷道的稳定性和安全性，为后期的掘进作业创造便捷条件。综合来看，导致软岩巷道出现巷道变形的一个核心因素为高应力影响。此外，如果软岩巷道两帮出现的位移或者顶板出现了下沉，还可能会导致巷道产生断面问题。同时，巷道底板如果出现问题，也可能会影响巷道的稳定性。此外，根据巷道底板的受力情况进行分析可知，在没有支撑的情况下，针对巷道的持续性开挖会使本来施加在基岩上的竖向压力减轻，进而导致巷道出现变形。如果巷道处于斜交条件，巷道顶板会破坏另一边的巷道，造成了底板的损坏。底鼓发生后，巷道岩体会出现充填、软化等现象，从而使得岩层强度下降导致巷道变形，严重的还会导致巷道崩塌。

5 复杂地质条件下有效的矿山掘进支护技术

5.1 直接破顶技术

针对复杂地质条件下的矿山掘进进行支护的过程中，可以采取以下支护技术。如可以直接采用直接破顶支护技术。在矿山掘进作业过程中，考虑到部分矿产资源矿区的顶层上方的岩体硬度较小，其顶层岩体之间的落差距离较小。据不完全统计，岩体硬度数值不超过5，岩体之间的落差距离在2m以内，这类岩体整体的稳定性较差，一旦出现断裂，容易导致顶板出现破裂。鉴于此，在具体的开采作业过程中，可以因公直接破顶技术进行支护。即应用掘进机设备直接破除断裂顶层，以此来显著提升顶板的稳定性，确保后期掘进作业工作的顺利开展[9]。

5.2 退后卧底技术

退后卧底技术在提高矿井的围岩稳定性、提高矿井的安全性和可靠性方面有很大的应用价值。将该支护技术应用于掘进作业过程中，主要适合应用于巷道高度不大于2.5m且围岩稳定性较好的区域。

5.3 锚杆临时支护加U型钢架技术

在矿产资源开采的过程中，由于各种不稳定因素的存在，很有可能会发生大范围的断层，从而影响到矿产资源的正常开采和生产工作，严重的还可能导致附近的岩石崩塌。在此基础上，可以应用锚杆临时支护加U型钢架技术进行支护。首先，相关的技术人员可以利用锚杆临时支护和U型钢架技术以及临时超前支护技术以及锚杆支护技术合理运用，来显著提升支护效果。其次，为了确保掘进作业工作人员的生命安全，在实际的作业过程中，要严格控制锚杆的作业倾斜角度和锚杆之间的距离参数，将其控制在可控范围内，以此来确保支护效果。

6 矿山掘进支护技术应用现状

与其他产业不同，矿产隐藏在地底深处，采矿必须在地下进行，在地下开采的过程中，其地质条件非常复杂，且通风条件和排水条件都很差，必须尽快将地下的矿产资源输送出去，由此提升了该行业的危险性，稍有不慎就很容易引发各种安全事故，严重的话，可能会导致整个巷道崩塌，不但对矿工的生命构成了极大的威胁，也会对矿产企业的正常运转造成很大的影响，因此，采矿业是一个高危行业。随着社会生产力水平的不断提升和工业的发展，对矿产资源的需求量也在不断攀升，由此产生了越来越多的中小型矿产资源开采企业。一些矿产企业为了获得更大的经济效益而盲目的开采，致使表层浅层的矿藏资源逐渐枯竭，而随着开采强度的增加，矿体的采掘深度越来越大，使得采矿工作的难度也越来越大。目前，有关部门急需加强对煤矿掘进支护技术的研究，以提高煤矿整体的安全和可靠性。

在现代科学技术的飞速发展下，矿井的巷道支护技术及相应的支撑装备也在不断地发展和提高。目前，在矿山开采中使用最多的支护方式是锚杆支护技术，这种技术可以将整条巷道支撑起来，使整个巷道的整体强度得到最大地提升，而且还可以有效地减少安全隐患，保证矿山的安全、稳定性。在矿产资源开采过程中，先进的支护技术的应用对提升开采安全性具有显著意义。

7 复杂地质条件下矿山掘进支护技术应用要点分析

7.1 选取正确的掘进机型号

在实际矿井生产中，为了提高掘进作业的安全性以及稳定性，要采用掘进机设备来提升矿山掘进作业的稳定性，由此一定要选择正确的掘进机型号。在实际地下掘进作业过程中，常用的掘进机设备分为普通款和综合款。要求矿山掘进作业人员要根据实际的地质条件和掘进工作需求进行选择。举例来说，可以针对巷道的长度挑选合适的掘进作业设备，如果巷道的长度超过300m，则采用综合款掘进机设备。如果巷道的长度不足300m，则可以应用普通款掘进设备。除此之外，还可以根据掘进设备的工作效率、机器维修状况、机械结构等方面进行科学、合理的选取，从而保障掘进工作的安全性，提升掘进工作效率。

7.2 选择适用的截齿

在一定程度上，掘进机的截齿将直接影响到矿井的安全和生产效率，所以选用合适的截齿也是十分必要的。为了有效地减少掘进设备在掘进中的磨损，从而有效地保证掘进装备的正常使用。必须指出，矿井掘进不适合在岩体坚硬程度较高的地区进行。

7.3 建立合理的支护系统

建立一个合理的支护系统，可以规范施工工人的工作，提高工人的工作效率，保证矿井生产的安全和稳定。首先，可以采用液压掘进与边坡的支护措施相结合的方法来保证支护的实际效果，以此来确保支护工作的连续性。其次，根据掘进作业的实际情况，合理选用多种支护技术综合应用的方式进行支护，以此来提升支护效果。

7.4 支护临界值的合理计算

合理的支护临界值可以有效地保证支护系统的合理性和有效性，从而使其最大限度地发挥其作用。在矿井掘进作业过程中，考虑到巷道所处的地质条件十分复杂，存在着许多不确定因素，在实际掘进过程中，随着巷道掘进深度的不断加深，地质条件也会随之发生改变，给整体的掘进作业工作带来了困难。针对这一状况，应根据掘进施工现场的地质条件，初步确定支护临界值。同时，在综合考虑支护临界值计算结果、开采环境中存在的诸多不确定性因素和地质条件的变化等因素的基础上，合理地选用掘进设备，并采取适当的开拓方式，比如可以先采用竖井开拓，再采用斜巷开拓，最后再到平巷开拓的开拓方式，以此来确保掘进作业的质量，保障掘进开拓作业有序、有效地进行。

7.5 加强对综掘机配套系统的管理

矿产资源采掘是一种具有高度危险性的工作，特别是在地质环境较为复杂的地区，存在着极大的安全隐患和较高的安全隐患。鉴于此，可以通过强化对综掘机配套系统的管理工作来确保掘进工作质量，减少掘进工作面临的安全问题，确保后续工作的开展。因此，在进行综采配套系统的管理时，要考虑矿井的地质、生产环境复杂多变等特点，综合考虑综采工作的相关，以及采矿作业现场的具体情况。

例如可以通过加强相关管理人员的管理，做好采掘技术人员的培训工作等方式来为掘进作业工作的顺利开展提供强有力的保障。同时，也要结合开采区域的实际情况，构建科学的采掘工作制度，通过对掘进工作综合情况进行实时的跟踪，来保证矿井的各种资源得到有效的控制，从而保证掘进作业的质量和矿产资源开采效率。

7.6 锚杆支护的关键技术探讨

7.6.1 顶板爆破法

采用钻机对断层顶板进行撞击时，可消除不稳定区域，从而显著提高顶板整体稳定性，并与锚网支护技术相结合，可使顶板的稳定性得到加强。当岩体硬度低于50N/100 cm（布氏硬度2）或错动距离小于2m时，易发生断裂破坏，此时不宜采用该技术[10]。

7.6.2 倒置式潜入

在矿山地质条件复杂的情况下，必须针对矿井的地质特征，科学地选用相应的支护技术。当断裂带高度不超过2.5m时，当矿井的岩层强度达到矿井安全要求时，必须采用上述技术，以保证矿井的整体安全。

7.6.3 重点做好监督管理工作

在锚网和金属拱形支架支护方案不同时，必须进行锚网监测，主要监测范围包括两帮位移速度、顶板离层监测、变形等，为有效推广支护技术，提高矿井安全生产水平。

8 结语

综上所述，矿产资源开采是影响我国社会和经济发展的重要因素，由于矿产资源开采工作具有一定的难度和危险，鉴于此，要科学应用巷道掘进支护技术，以此来有效地提高采矿的利用率和安全性。在复杂地质条件下，矿产企业要持续优化和创新掘进支护技术，以此来保证矿产资源的开采效益。