煤矿掘进支护中存在问题及应对措施

＊武 凯

（汾西矿业集团正文煤业 山西 032300）

前言

伴随着经济社会的发展和人类社会的进步，煤已变成全人类经济建设的主要燃料之一，同时又是我国燃料构成中的主要部分。不过，由于煤炭矿业仍处于高危产业，再加上井下的整体地质条件和采矿环境也相对不良，所以必须通过更加合理的掘进支护作业技术来推动矿井巷道作业安全、稳定的进行。同时，矿井巷道掘进支护技术也是当前煤矿安全生产的主要方法，所以必须对其出现的问题加以分析，并针对性的采取措施加以处理，才能起到减少开采工作风险系数的功效。

1.煤矿巷道支护的地形分析

对于具有丰富历史的老矿井而言，经常会出现断层过多和地质条件不平衡的状况，对安全性和作业环境产生了很大的威胁，在不断深入的采矿作业中，由于顶板岩层的改变突出，且顶部的煤层疏松，极易发生断裂情况，从而导致在巷道掘进中不易成形，前掘后修也形成了巷道掘进开采中经常出现的问题。同时由于一直使用传统挖掘技术，无法和当今世界最先进的挖掘技术相融合，因此，在一定程度上增加了产量管理和工程技术上的困难，加之该矿井设备破岩力较弱，遇到坚固性系数较强的岩层时常常会损坏设备，所以，针对实际状况而设计的巷道支护技术就构成了保证生产作业真正安全可靠进行的前提条件。

2.煤矿掘进支护工作开展的现状

煤矿掘进支护工艺技术是矿井安全生产的重要保障，在漫长的探索与发展中，支护工艺技术也历经了创新，即在原来的木质、型钢等建筑材料的基石上，发展成为如今的锚杆支撑。另外，我国锚索支撑工艺技术起步较晚，主要作为被动的支撑，硬度和强度都非常的低，但在较单一的地质环境条件下，也可以发挥一定作用，而面对较复杂的地质情况则变得非常“无力”。随着开发困难度与要求的日益增加以及人们致力于科学技术的发展和研究，支护技术得到了长足发展，强力锚索和高外部预应力锚索支护技术被大量开发和应用于开采工作中，并实现了对支护施工的主动性，更强调了支护施工的整体系统。研究表明，在掘进过程中，原岩之间的稳定性可能受到支护的破坏，导致掘进过程中岩石的稳定性较低，从而对煤矿开采人员的安全构成威胁，因此，在巷道掘进过程中，施工人员通常会控制巷道顶部，并使用临时支护减少岩石变形的程度和可能性，尽可能的减少与顶部之间的的距离。而临时支护的实施还在一定程度上减少了碎石掉落的风险，为施工人员的安全提供了基本保障，并降低了掘进的作业风险。

3.煤矿掘进过程中开展支护工作面临的风险

如今，随着我国自主研发的矿山施工仪器设备的应用，在具体的开发阶段存在的诸多技术缺陷也逐渐暴露出来，例如，仪器设备原件损坏较严重、仪器设备的耐久性能较低以及施工效果不好等，这些问题都必须加以重视并需要不断的优化。同时在实际工程建设阶段，也可能会出现很多的情况，从而增加设备修理量和保养时间，也严重的降低了矿山施工进度和施工效益。

(1)施工管理工作开展不足且煤矿巷道数量稀缺

随着我国经济社会的迅速发展和国民经济技术水平的日益提升，在经济社会领域中对煤炭资源的需要量也日益增多。部分地区煤炭生产企业为增加生产能力、提高利润，占领了市场竞争中的优势地位，在开采过程和巷道挖掘工程中，对矿井安全性和工程质量病不关注，通常缺乏对施工条件进行的科学合理设计，以及对有关管理的不严格等现象。该种问题都将严重地降低采煤挖掘过程的工作效率和产品质量，使矿井开采过程中的危险性进一步加大。此外，在对煤炭资源进行挖掘工程时，矿井巷道不仅是井下煤炭资源和一些重要物资的主要运输途径，而且还是井下施工时不能缺乏的主要通风渠道，在实际生产实践中，巷道设备的数量虽然不少，而功能上却又相对独立，从而在很大程度上限制了巷道功能的充分发挥。基于此，煤炭公司必须进一步扩大巷道施工的规模，采用科学的施工模式和施工方法，对煤炭资源的顺利生产予以保障。

(2)煤巷掘进工艺条件的现状

从巷道的开采工艺技术着手，在实行巷道掘进工作过程中，平行作业存在着一些问题，当矿井顶部膨胀后，与水碰撞后很易形成软化的状况，这样就会对顶板产生很大的损伤和危害，要想防止这一状况，就需要采取保护措施和对挖掘工序的共同管理。同时为提高顶板的硬度和稳定性，需要对点列硬化。为保证采矿流程的安全和巷道挖掘的良好进度，也需要采取相应的保护措施，同时在矿山施工阶段，需要加强巷道施工与周围岩体保护措施的配合情况。

(3)煤矿开采地质条件变化造成的问题

在煤矿开发的过程中，开发的深度会持续提高，深层的开发环节往往是比较复杂的，并可能受各种主客观原因的影响，进而使得采矿的行为受到了不良反应。

通过针对此阶段中的问题加以研究，一般可把对应的问题归于以下几方面：

其一，在深度持续提高的背景下，由于拱围岩的内部应力，煤层顶板等岩石部位也必须加以调节与提升，一旦忽略了此环节，将可能导致采掘效果遭受影响；

其二，在较复杂多变地质技术要求中，大斜坡巷道和巷道断面的数量也会持续提高，继而又会对机械采掘装置的运用产生不良反应；

其三，就当前采用的机械设备技术水平而言，由于复杂多变的地貌要求有着不一致的状况，特别在碰到硬度相当高的岩层的时候，切割掘进速度会无法完成，机械设备很有可能陷入超负荷的工作状况，这也可以导致机械设备的操作维修成本得到进一步增加。

4.煤矿开采掘进技术的相关应用

(1)爆破采煤技术

目前，在某些地区以爆破方式开采煤炭是主要的技术手段。为拆除目的开采煤炭的技术通常包括三种操作模式：为拆除目的开采煤炭、装载煤炭和启用工作表面。首先，在整个爆破采煤的过程中，有关操作人员应提高爆炸过程中炸药数量控制的准确性，以确保炸药能够准确瞄准整个煤矿区，同时避免安全事故。其次，对于装载煤炭，通常需要由作业人员在进行动力操作后收集工地上剩余的原煤，以确定采掘活动的顺利进行，大大提高采煤工作的效率。再次，对于支撑工作面，有必要加强对采空区的保护措施，同时对采空区的目标射击行为进行实时监测，防止目标射击造成整个煤矿区倒塌。最后，经过处理的煤是通过机器运输的，以确保采煤过程能够提高效率，同时确保安全。

(2)喷射混凝土

喷洒水泥技术可以将煤矿开采现场分离的岩体进行良好的融合。科研人员只需根据规定在巷道帮和岩体分离的部位喷洒水泥，就能够使形成巷道的岩体的粘结性能得以有效增强，出现破碎的岩石就能够在水泥的作用下紧密粘结在一起。要有效保证煤炭挖掘工作者在开展地下作业时的安全，并提高挖掘保护工作实施的质量，喷射混凝土的手段是非常可行的。由于该技术不但可以增强岩层的稳定性、安全和有效排除煤炭挖掘过程的安全隐患，同时还可以有效改善地下矿井环境中巷道的稳定性。

(3)单体液压支柱配衔接顶梁支护方式

在此种支护方法中，所使用的金属衔接顶梁大多是HJA-100，在矿井巷道掘进过程中，完成了爆破工作以后就必须完成顶梁的吊挂与插人水平销工作，同样也基于顶梁的防护功能，设置了钢筋直径网，并设置了复合单体液压支撑。但在进行锚网的设计过程中必须确保其与巷道内岩面紧紧贴合，且搭接间距必须严格按照相关规定，必须采用十一号铁丝来完成扭结包装加固。在采用了上述保护方法之后，要确保基本支柱的初撑力可以达到90kN以上，同时在掘进的支撑工程作业中一旦发生了渗液问题，就必须通过维修或是更新设备的方法，来提高基本支护支撑保护手段。另外，在支撑工作时还必须做好三排单体液压支撑与金属衔接式顶梁的排雷，同时还要在顶梁之间做好小立柱的设置，在二列顶梁中间每0～400mm的间距内做好小木柱的穿插，来避免漏顶问题。为保证砼与钢筋在直径混凝土支护围岩表面上的牢固性，还需要根据矿井的要求来加大柱的数量。

5.提高煤矿掘进支护技术的途径

(1)加强对地质环境的勘察

影响煤炭开采的主要因素之一是地质环境，而影响掘进支护工作的重要因素也是地质环境。因此，在煤矿开采过程中需要充分利用科学技术进行地质环境研究，确保研究结果的准确性，减少其对施工的影响，从而使支护技术发挥最大限度的作用。

(2)掘进工作面超前支护

在开采区地质条件良好和气候环境条件较好的状况下，在工程建设阶段只需要根据以往的支护形式针对作业面进行超前保护。但在实际工程建设阶段需要更加重视保护效果、施工安全和经济效益。为了提高支护施工过程的安全和效益，还需要进一步确定支护措施是否满足巷道的使用标准，以保证支护的坚固性能，从而减少了冒顶问题的出现概率。实际质变为支护使用的杆件搭设也应该体现自己的作用，例如，锚索应该根据围岩条件进行锚固，锚杆和锚索的型式、规格必须符合工程建设要求等。为提高保护效益，在开展支护施工的阶段还需要根据支护强度进行测试，而测量工作重点围绕着保护措施的稳定性和强度进行。针对支护措施的稳定性能够通过巷道顶底板的移动状况，以及对于支撑措施的强度能够通过拉拔测试进行证实。此外，针对巷道支护措施的牢固性，也能够通过巷道支撑效果随时进行检测。而针对正在使用的巷道，则需要定时进行试验，以检测巷道的表层锚杆有没有出现过磨损，或者裂纹和渗漏的状况。

(3)加强对施工材料的监管

养护支护设备的品质是煤矿掘进中的一个关键因素，所以必须做好对保养支护设备的品质管理。鉴于成本原因，许多施工队不能全面注意保养支护设备，这样增加了开采煤炭的危险。考虑煤矿开采和其他施工材料的使用成本，关注搬运物品的效率，增加地下作业环境中的安全问题。上述改善将伴随着设施的完善与创新、辅助材料使用要求的提高以及安全管理的完善。与此同时，还需要对作业人员开展职业培训，以确保支护装置的标准化使用和煤矿采掘支护技术的有效开采。

(4)合理构建支护体系

创建矿井施工及支护体系的期间会使用到液压施工仪器和边坡支护技术，锚杆支撑方法包括经过锚固长端和自由端，当首先经过锚固长端的混土强度超过设计抗拉强度时，则采用张拉预应力钢绞线，再用锚具夹固之后，利用产生外部预应力使腰柱紧贴于护坡方法上。另外，可以运用它的高强度金属资料结构和易于安装这一特点，来达到用较短的施工周期实现既安全又方便的控制系统安装。在运用于煤矿综合机械化采煤挖掘的装置开始施工阶段，也同时是对综采挖掘液压控制系统开始使用的运用，而在使用记载液压锁阶段也会运用到许多的支护工序。所以，在实际进行矿山挖掘作业期间必须统筹仪器体的坚固性和安全性。

(5)实现煤矿掘进支护工艺的优化

采煤进一步的深入这是必然趋势，而在此进程中就必须积极地实施对掘进保护技术的进一步完善，也是说可以根据各种工程建设要求，针对各种地质要求加以研究，从而提出比较有针对性的保护方法，如此才可以使实际的保护效益大大地提高。只要假设所面对的是矩形断面巷道，那么就应该以锚杆与锚索结合的方法来处理，如此才能促使该巷支护围岩的安全性得到改善，进而促使具体的建造工序到达最理想的状况。细致来介绍，其建造过程是：首先将锚杆设置在预先设定好的钻孔部位上，然后再使之互相固结起来，如此就能够使之构成一个完整的整体。当圆满完成了这些建设目标以后，还必须积极地利用锚索来提供牵引力，并规定到更深部稳定地层中，这样就能够形成双重保护。从这种视角出发，良好的支护措施就是保证了围岩的膨胀与变形能力，围岩承受能力耦合力也可以相互协同地充分发挥其效果，同时在此过程中还能够通过对应的方法来减少作业的困难。从整体角度而言，就必须针对巷道特性加以研究，在基础上做出掘进方法的优选，由此才可以使得采掘效率与产品质量得以提高。

6.结语

随着社会经济飞速发展，煤矿产业的发展脚步也应紧跟时代步伐。在煤矿开发过程中，为找出在煤矿挖掘过程中支护技术所面临的新问题，经过进一步调研、实验、掌握新方法，不断完善了煤矿挖掘支护技术，更新煤矿机械化设备，以此提升煤矿开采的技术水平，加强煤矿深井质量，为保障开采人员的生命安全奠定稳固基础，为我国煤矿产业的健康发展提供支持。