复杂地质条件下采矿掘进支护技术及应用探究

＊杨海鹏

（柳林县应急管理局 山西 033300）

随着经济的发展，矿产资源的需求越来越大，采矿掘进的生产难度也越来越大，特别是在复杂的地质条件下，采矿掘进的支护技术和应用显得更加重要和复杂。如何有效地开展采矿掘进支护技术，是矿业领域需要探讨和解决的关键问题。

1.复杂地质条件下采矿掘进支护难点

（1）矿区地质条件复杂。矿区地质条件的复杂性是采矿掘进支护难点的主要原因之一，矿区地质构造、岩性、断层、节理等因素的变化都会对采矿掘进支护造成不同程度的影响，导致支护难度的增加和支护效果的降低。矿区地下水、瓦斯等地质环境因素也会加大支护难度。

（2）采矿深度大、围岩压力大。采矿深度的增加会使得地下围岩的应力状态发生变化，围岩的压力会随深度增加而逐渐增大，给采矿掘进支护带来较大的压力和难度。此外，采矿深度增加还会导致温度升高、瓦斯含量增加等问题，导致采矿掘进支护面临一定的困境[1]。

2.复杂地质条件下采矿掘进支护技术应用要点

以A煤矿为例，在5#复杂地质开采煤层中，地面表高为140～340m，斜向北结构，倾斜角为（6°～12°），西部表现平缓，工作面中存在断层。

（1）合理选择掘进支护设备。在复杂地质条件下，采矿掘进支护技术的应用要点之一是合理选择掘进支护设备，包括根据地质条件和采矿方法的不同，选择适宜的掘进机械，如矿用掘进机、钻探机、爆破机等，选择适宜的支护设备，如钢架支撑、木架支撑、锚杆支撑等，选择适宜的运输设备，如皮带输送机、斗轮输送机、车辆运输等。在采矿过程中，选择的运输设备是否具有较强的适应性，对于提高生产效率和降低运输成本具有至关重要的作用，具体选择哪种运输设备需要根据采矿方法和地质条件进行综合考虑。对于露天矿，由于采矿地点一般比较分散，选用皮带输送机进行矿石的运输是比较常见的选择。

皮带输送机可以实现长距离、高效率的输送，适用于中、低产量的矿山，其结构简单、造价低、操作可靠。另外，斗轮输送机在采矿场合也有广泛的应用，特别是在深坑露天矿上，可以将矿石快速、安全地运送到料仓中。对于井下矿山，需要考虑地质条件和采矿方法的不同，在软岩、煤矿等井下矿山，采用皮带输送机和斗轮输送机是常见的选择，可以实现长距离、大量的矿石输送。在硬岩矿山中，车辆运输是一种常见的运输方式，可以将矿石快速地从采矿面运输到地面，提高生产效率。

（2）科学选择截齿。在复杂地质条件下，科学选择截齿时要求技术人员根据地质条件和岩性特征进行选择，如硬质岩石应选择硬质合金截齿，软弱岩石应选择齿形较大的截齿，根据掘进机械的性能要求，选择适宜的截齿，如掘进机械的工作能力、转速、功率等。考虑到A煤矿西部表现平缓，工作面中存在断层的问题，要根据采矿方法的特点，选择适宜的截齿，如长壁采矿应选择能够快速切削煤岩的截齿。长壁采矿是一种高产率的采矿方法，需要采用能够快速切削煤岩的截齿来提高采煤效率和生产率。

一般来说，长壁采矿中使用的截齿应具备高硬度，因为长壁采矿中的煤岩硬度较高，截齿需要具有硬度强的特征，以保证切削效果。长壁采矿中，截齿需要承受较大的载荷和冲击力，因此需要具有较高的强度和耐磨性，并且能够快速切削煤岩，提高采煤效率和生产率。长壁采矿中，地质条件复杂多变，需要截齿具有较好的适应性，能够应对不同的地质条件。因此，长壁采矿中常用的截齿为硬质合金截齿，能够达到理想的采煤效率和生产率目标。

（3）完善掘进支护配套系统。在复杂地质条件下，完善掘进支护配套系统中，包括优化掘进支护设计方案，结合不同的地质条件和采矿方法，制定合理的掘进支护设计方案，例如，掘进支护的类型、支护材料和支护方式等。安装监测设备，对A煤矿的复杂地质情况进行实时监测，了解掘进工作面的变化情况，及时调整支护措施，确保支护效果符合要求，为了保证掘进工作面的支护效果符合要求，需要安装监测设备，实时监测工作面的变化情况，根据监测结果及时调整支护措施。安装地质构造、应力、变形等监测设备，如应力计、变形计、位移计、压力传感器等，以实时监测掘进工作面的变化情况，此类监测设备可以记录和反映出工作面的变形、应力和压力等情况，帮助采矿人员及时发现问题并采取应对措施。

对监测设备进行实时监测和数据分析，及时掌握掘进工作面的变化情况，根据监测结果确定支护措施的调整方案。例如，如果发现工作面出现变形、应力等异常情况，需要及时采取支护加固措施，以确保工作面的安全稳定。建立一套完整的支护措施调整机制，对监测数据进行分析和评估，并及时调整支护措施，以保证支护效果符合要求，跟踪和记录支护措施的实施情况，以便后续的分析和改进。加强支护材料的研发和应用，根据地质条件和采矿方法的不同，提高支护系统的适应性和稳定性，以提高采矿掘进支护的安全性和效率为目的，安装安全设备，如防爆、防火、通风、排水等安全设备[2]。

（4）后退卧底掘进支护技术。后退卧底掘进支护技术是指在掘进工作面向回采方向回退的同时，采用支架支撑和锚杆固结等措施，增强工作面稳定性。具体实施中，在工作面向回采方向回退时，安装支架和锚杆。支架应选择高强度、抗压、抗弯、抗摆动的支架，支架间距应根据地质条件和工作面宽度确定，锚杆应选择高强度、抗拉、抗剪、抗弯的锚杆，按照一定的间距和角度固定在工作面围岩中。在支架和锚杆的基础上，进行工作面支护，根据地质条件和工作面宽度选择合适的支护方式，如钢拱架、矩形钢架、水泥注浆等。

在后退卧底掘进过程中，根据工作面变化情况及时调整支架和锚杆的位置和间距，以保证工作面稳定性。该技术在复杂地质条件下具有较好的应用前景，能够有效地控制围岩变形和破坏，提高掘进工作面的安全性和稳定性，与传统的前进式掘进技术相比，后退卧底掘进支护技术能够充分利用已经开采的煤层支撑力，减少支护材料的使用量，降低采煤成本，提高采煤效率。

（5）混合智能系统应用。混合智能系统应用是指结合人工智能、机器学习、传感器技术等多种技术，对采矿掘进支护过程进行自动化控制和优化调节，该技术可以通过实时采集、处理和分析掘进过程中的各种数据，包括地质勘探数据、现场图像、温度、湿度、振动等多个方面的信息，从而帮助工程师更好地控制和预测采矿掘进支护过程中的各种问题，提高效率和质量，降低人工干预和管理成本。具体来说，混合智能系统应用可以实现实时监测功能，通过传感器等设备，对采矿掘进支护过程中的各种参数进行实时监测，包括地质条件、围岩压力、进度、人员安全等。

对采集到的数据进行分析和处理，运用人工智能和机器学习技术进行大规模的数据挖掘，从而得到更加准确的预测和分析结果，提高采矿掘进支护的决策水平。利用自动化技术，对采矿掘进支护过程中的各项参数进行控制和调节，使其更加精准和高效。通过对实时数据的分析和处理，可以对采矿掘进支护过程中出现的问题进行预警和预测，及时采取措施避免事故的发生[3]。

（6）直接破顶掘进支护技术。直接破顶掘进支护技术是通过采用高强度支架，直接将采矿掘进工作面的顶板支撑起来，以增强工作面稳定性和控制地压的技术，该技术应用中，技术人员应在掘进工作面顶部设置高强度支架。根据地质条件和工作面宽度选择支架，一般采用钢梁、钢管、钢丝网等材料制成，支架间距受地质情况和工作面宽度的影响，要求技术人员进行间距调整，在支架基础上进行工作面支护，选择钢拱架、矩形钢架、水泥注浆等方式进行支护。

A煤矿中，坡顶情况下，要制定可行的支护方案，预先钻孔，评估地质情况和岩石强度，确定需要使用的支护材料和方法。使用爆破技术破碎岩石，确保直接破顶下的掘进顺利进行，爆破需要严格的安全措施和专业的爆破工程师指导，在破碎的岩石表面钻孔并注入锚杆，通过锚杆与岩石进行固定，以增加地层的稳定性。在掘进面的顶部使用钢拱支撑结构，将压力分散到周围的岩石或地层上。钢拱可以是预制的或现场制作的，具体结构和尺寸需根据具体情况进行设计。在直接破顶掘进过程中，通过控制工作面开采速度、控制工作面高度等措施，保证工作面的稳定性和安全性，避免传统支护方式中出现的短板问题，降低采矿掘进支护过程中的安全风险。与传统支护方式相比，该技术采用高强度支架直接支撑顶板，避免了支撑材料和支架之间的空隙，提高了支架的承载能力和稳定性，同时也减少了支撑材料的使用量，降低了采煤成本。该技术适用于复杂地质条件下的采矿掘进支护，可以提高采煤效率，降低安全风险，应用前景广阔[4]。

（7）临时U钢支护。临时U钢支护是指在采矿掘进过程中，采用U钢支架对工作面进行临时支撑和固定，主要应用于采矿掘进工作面较短、围岩稳定性好、支护时间短暂的情况下，具有安装简便、适用性广、支护效果好等优点。在采矿掘进过程中，临时U钢支护主要应用于两个方面，一是对顶板进行支撑和固定，保证顶板的稳定，二是对巷道进行支撑和固定，避免巷道的坍塌和变形。

通过采用临时U钢支护技术，可以有效地降低采矿掘进过程中的成本和管理难度，提高工作效率和经济效益。在使用临时U钢支护技术时，需要注意合理选择U钢尺寸和型号，确保U钢的承载能力和适用范围，安排U钢支架的间距和高度，保证参数合理性，避免因U钢支架密度不足或过密而导致的支护效果不佳，严格控制U钢支架的安装质量和水平，确保U钢支架的稳固性和牢固性。及时做好检查工作，维护U钢支架的状况，保证其在采矿掘进过程中的支撑和固定功能[5]。

3.复杂地质条件下采矿掘进支护技术优化策略

（1）建立采矿掘进支护安全管理体系。在复杂地质条件下，采矿掘进支护技术的优化策略之一是建立采矿掘进支护安全管理体系。该体系应包括建立安全管理机构和岗位责任制度，明确各级管理人员和岗位人员的职责和权利，确保安全管理工作的有效实施。开展安全教育培训，提高职工的安全意识，加强对安全生产法律法规的宣传和培训，提高职工的安全生产素质。制定采矿掘进支护的安全生产规章制度，包括矿山生产作业安全规定、掘进作业安全规定、临时支护安全规定等，确保采矿掘进支护的安全生产工作有章可循，制定应急预案，建立应急救援机制，在突发事件发生时，确保能够及时有效地进行应对，减少人员伤亡和财产损失。

（2）强化临时支护技术应用。强化临时支护技术应用，要选择适宜的支护材料和支护方式，根据地质条件选择合适的临时支护材料，如钢材、木材、锚杆等，采用合适的支护方式，如木支撑、钢支撑、锚杆预应力等，加强现场监测，实时掌握掘进工作面的变化情况，及时调整支护措施，保证支护效果符合要求。根据地质条件、采矿方法等因素，制定合理的支护设计方案，确保支护系统的稳定性和安全性。加强支护材料的研发和应用，根据地质条件和采矿方法的不同，开展支护材料的研发和应用，提高支护系统的适应性和稳定性[6]。

4.结论

综上所述，复杂地质条件下的采矿掘进支护技术，是目前矿业生产中需要解决的重要问题。对于矿业企业而言，需要全面掌握复杂地质条件下采矿掘进支护技术的要点，采取科学有效的技术应用策略，有效地解决复杂地质条件下采矿掘进支护的难点和问题，提高生产效率和安全性。