试析煤矿开采技术与掘进支护技术

张军

（新疆哈密英格玛煤电投资有限责任公司，新疆 哈密 839000）

煤矿开采是安全风险较大的行业之一，其发展情况受到了社会各界的广泛关注。近年来，在科技不断进步的背景下，越来越多的先进煤炭开采技术和掘进支护技术应运而生，为矿山深度开采提供了技术保障，在一定程度上提高了开采过程的技术含量。但不可否认的是，随着开采难度的增加，安全隐患也越来越多，并且在掘进过程不可避免地遇到复杂地质和坚硬岩体，一旦操作不当，就会为现场设施设备和技术人员造成威胁。所以在开采过程中引入高强支护技术至关重要，通过增强支护结构的稳定性，全面提高作业过程的安全性，为现场设施和人员提供保障。在煤矿开采技术和掘进支护技术实际应用中，需要关注岩体是否存在松动现象，如果墙体产生裂缝，则无法保证支护结构充分安全，容易撕裂巷道，引发安全事故。所以，为了提高作业安全性，就要在掌握国家规定、现场条件、开采要求等要素情况下，制定科学的巷道支护方案，保证作业有条不紊地进行。

1 煤矿开采概述

煤矿开采作业具有复杂性、系统性、技术性特点。其定义可以从以下几个方面概括：（1）采场。即煤矿开采区内，用来大范围直接开采煤炭资源的场所。（2）采煤工作面。即煤炭开采区域内煤层的暴露面，也叫作煤壁。（3）采煤工作。即为了开采煤炭资源开展的一系列作业活动。（4）采煤工艺。也就是在采煤工作面内，各工序需要应用的工艺技术，需要严格按照流程操作，并做好时间和空间的搭配工作。

2 国内煤矿开采现状

煤炭是各行业、各领域生产制造的主要能源，在我国经济建设中占据重要地位。众所周知，我国地大物博，煤炭资源丰富，但由于大多分布在地下，所以开采难度较大，稍有不慎就会引发瓦斯爆炸、冒顶事故等灾害。尤其近年来，随着煤炭行业生产规模不断扩大，各地区因煤矿开采发生的安全事故也逐渐增多，主要原因在于很多企业在煤矿开采过程中，习惯沿用传统粗放式开次技术和掘进支护技术，导致安全隐患层出不穷。要想快速改善这一现状，就要积极引入各种新工艺和新设备，全面提高煤矿开采过程的技术含量，保证开采作业有序进行，同时维护好施工现场的安全性。

另外，煤矿开采过程会对生态环境造成一定程度的污染，尤其现阶段，依然有很多企业采用露天开采模式，无论煤炭运输，还是现场爆破，都会产生较大的扬尘。并且每层挖空后，施工区域的植被也会受到巨大损害，同时，地下水位的不断降低，会加大山体滑坡、地面塌陷等自然灾害发生率。而要想尽可能治理环境污染问题，就要依赖各种新技术和新工艺，通过加固岩层、修复植被等方式，降低煤矿开采污染程度。

与此同时，煤矿企业作为劳动密集型企业，在施工过程中涉及大量技术人员，虽然当前机械化作业方式不断深入，但并未实现全机械化目标，很多施工作业依然需要人工手动完成，不仅降低了煤矿开采效率，还加大了安全隐患。并且人工开采模式无法保证所有煤层全部开采出来，容易造成资源浪费现象，这对于社会发展而言是一种巨大损失。

3 煤矿开采技术与掘进支护技术分析

3.1 煤矿开采技术分析

（1）综采工艺技术。综采工艺是煤矿开采较为常见的一种技术，具有机械化水平较高的特点，相对于传统开采技术而言，流程更简单、安全性更高、适用性更广，所以，机械化开采作业的优势十分突出，但也不代表完全没有缺点，就是在实际应用中，更加适合顶板相对坚硬的每层，能够保证操作环境具备一定稳定性。结合大量实践来看，采用综采工艺技术不仅能够提高材料利用率，还可以减少人工工作量，但要注意这种技术投入成本较高，所以相关单位在引入前要考虑自身经济状况。另外，在采用综采工艺技术进行施工时，还应掌握工作面地质条件和构造，如果煤层倾角过大，则要注意支护问题，避免其侧滑。虽然综采工艺技术各个焊接都离不开机械设备的支撑，但并未实现全面机械化目标，所以，在实际应用方面依然存在一些限制，要想突破这些限制，就要从技术上进行创新，因此，煤矿企业要不断提高自身先进意识，积极引入各种新技术，尽可能在最短时间内实现机械化目标。上文多次提到，煤炭开采是一项风险性较高的工作，由于环境复杂，所以会对设备运行造成各种隐患，这就需要企业结合煤矿开采作业要求和现场条件，合理选择设备型号，并提前设置好设备参数，同时，对技术人员进行系统化培训，确保其严格按照流程和规范组装、操作设备，避免煤矿开采过程出现设备滑动现象，这也是保证施工现场安全的关键举措。

（2）炮采工艺技术。炮掘技术是指煤矿开采过程中，通过爆破方式完成开采作业，在此过程中需要应用人工装矸、锚喷支护等多种技术，保证巷道安全、稳定。该技术操作步骤较多，包括爆破、装矸、运矸等环节，结合应用效果来看，能够有效提高作业效率，并且对装备的需求相对较低。由于该技术在我国研究和实践中已经经历了较长时间，所以技术规范和要求也相对健全。在具体实施过程中，需要技术人员采用凿装机进行钻研，使用耙装机进行装矸。在巷道支护过程中，大多选择锚喷支护方式，这也使得这种工艺技术的适用范围进一步拓宽，能够灵活运用到各种环境中，并且布置便捷、成本较低、支护方式简单。但不可否认的是，炮掘工艺技术在具体操作中也存在一定弊端，就是顶板管理难度较大、安全系数不足，容易引发安全事故。这也说明这种技术并没有完全规避安全隐患的作用，而且在操作中，涉及大量人工作业内容，与机械化技术相比，作业效率相对较低。另外，在炮掘工艺技术具体应用过程中，还要注意以下问题：第一，在爆破过程中，要适当增加炮眼的数量，以此缩短爆破时间。第二，在爆破完成后，需要维持岩壁的平直效果，避免破坏支护结构和顶板。第三，为了尽可能降低作业人员工作强度，需要在装矸和运矸过程中使用机械化设备。并且在掘进过程中要保证支护紧跟迎头，封堵炮眼时使用水炮泥材料，如此才能够避免打筒现象出现。

（3）普采工艺技术。普采工艺技术和人工开采技术存在诸多相似之处，都是将人工操作作为主要方式，个别环节引入机械设备，适合应用到规模较小的煤矿开采作业中。其优势在于流程规范、操作简便、成本较低，并且对矿区地质条件要求不高，能够为煤矿企业节约大量资金，而且开采出的煤炭资源质量较好。缺陷则在于工作效率较低，与机械化作业方式相差甚远。一旦现场发生安全事故，会对技术人员造成严重的生命安全隐患，这也使得这种开采技术应用率逐渐降低。

3.2 煤矿掘进支护技术分析

（1）混凝土支护技术。在煤矿开采过程中，不可避免遇到岩体分裂情况，如果处理不当，则会增加安全隐患，甚至引发安全事故，而采用混凝土支护技术，能够起到显著的加固作用。也就是将混凝土喷射到分裂的岩体中，使岩体形成一体。结合大量实践来看，技术人员在喷射混凝土时，大多位于岩体和隧道壁位置，通过增强巷道围堰的稳定性，降低岩层脱落等问题，从根源上规避安全事故发生率。近年来，国内外越来越多专家和学者投入到混凝土支护技术研究中，并收获了优异成果，尤其在减尘降弹方面十分显著，具体来说：第一，采用潮式混凝土支护技术，能够在很大程度上发挥降尘效果，但是需要注意，这种技术无法从源头规避粉尘和回弹问题。第二，采用捕尘装备，可以有效降低煤矿支护作业造成的污染问题，其除尘效果显著，但对使用场合要求较高，适合减少大颗粒粉尘，并且设备体积较为庞大，不易移动。由于我国在煤矿掘进支护技术研究方面起步较晚，所以无论在理论分析还是实践操作方面，都远远落后于发达国家，需要相关研究人员积极借鉴发达国家技术改革经验，对混凝土支护技术进行优化和完善，尽可能拓展其应用范围，提高其使用效率，充分发挥该技术的作用和优势。

（2）锚杆支护技术。锚杆支护技术就是通过锚杆对巷道边坡的力学状态进行合理调整，技术人员需要合理设置锚杆位置。结合应用效果来看，这种支护技术能够有效抑制岩土变形问题，提高隧道稳定性，并且锚杆能够将反作用力施加到岩土上，有利于增强沿途强度。在煤矿开采过程中，如果遇到岩土松动情况，可以优先选择锚杆支护技术，通过加固岩层，全面提高岩石稳定性。通常，在煤矿开采作业前，企业就要委派专业人员对施工现场进行严格考察，明确沿途分布情况，并根据现场环境，选择行之有效的支护方式，针对性做好加固工作，如此不仅能够保证施工现场安全性，又能够为后续施工任务奠定基础，有利于提高煤矿开采质量和效率。

（3）钢筋网支护技术。除了以上提到的混凝土支护和锚杆支护技术外，在煤矿开采作业中，还时常应用到钢筋网支护技术。众所周知，煤矿开采环境复杂多样，并且不同环境的地形结构、地质条件、土壤情况也不尽相同。

对于土壤、地质以及环境较好的区域，施工也相对便捷，但不可否认的是，也存在大量岩体脆弱、岩土松动等情况的出现，稍有不慎就会引发塌方事故。所以，煤矿企业如果遇到岩体分散，容易掉落到矿井中的施工区域，就要优先选择钢筋网支护技术，为了充分发挥该技术的作用和功能，需要现场技术人员合理布设钢筋网，在保证密度合理的同时，提升钢筋网质量。这样在实际施工中，能够通过钢筋网阻拦散落下来的演示，避免岩石进入矿井，为施工人员和设施设备造成不必要损害，从而提高作业现场的安全性，避免巷道岩石出现塌方现象。

（4）钢支撑支护技术。为了全面增强巷道岩石的稳固性和安全性，避免在开采过程中受外界环境或振动影响产生变形、塌方等问题，需要开采企业积极引入钢支撑工艺技术。需要注意的是，技术人员必须结合煤矿开采环境和施工条件，合理选择钢支撑结构。较为常见的钢支撑结构有工字钢架和格栅钢架两种。在选择合理支撑结构的同时，需要准确计算出间距，并在巷道开挖完成后及时安装钢支撑结构，以此来提高巷道的安全性和牢固性。与其他支护方式相比，钢支撑主要基于岩土结构本体提自身的稳定性，其他方式则通过黏结材料加固，但主要目的相同，都是以提升岩土强度为主。可以看出，钢支撑能够在一定程度上减少材料的使用，可以节约支护成本，并且支护效果较好。除此之外，钢支撑还可以和喷射混凝土、锚杆、钢筋网等方式混合使用，最大程度上避免出现坍塌的情况。

4 结语

综上所述，煤炭资源作为我们生活中最重要的能源物质，其供应量会直接影响社会发展的各个方面，尤其新时期，发电行业、供暖行业对煤炭资源的需求不断提高，保证煤炭的持续供应是提高人们生活质量、保证社会经济健康发展的重要条件。这就需要煤矿企业积极引入各种新技术、新工艺和新设备，并探索如何在运用新设备、新技术、新工艺的同时，保证操作安全。因此，今后在进行煤炭开采时企业要联合科研机构加快相应的技术研发工作，将煤炭开采技术与煤矿支护技术科学地结合起来，为煤矿的安全生产保驾护航，尽可能从源头规避安全隐患，从而为煤炭行业可持续发展奠定良好的基础。