煤炭采矿工程巷道掘进和支护技术的应用分析

蒋传田

（山东新陶阳矿业有限责任公司，山东肥城271624）

1 掘进施工与支护技术概念

1.1 掘进施工

当前煤矿掘进施工大多数使用的是直眼掏槽与斜眼掏槽组合的方式，如果煤矿巷道掘进期间存在软岩夹层，工作人员必须处理好掏槽，并且将其控制于45°～90°间，如果炮眼断面相对较大，就需要增加辅助眼，让煤矿巷道质量更加标准规范。在煤矿巷道掘进期间，掘进机已经广泛用于破煤与装煤施工中，使用掘进机设备生成流水性掘进施工框架，最大程度地提高煤矿生产效率与巷道掘进施工进程。除此之外，还应用了采煤机，利用横轴切割等形式，连续采煤，以此拓展煤矿巷道宽度。它整合了掘进工序和煤矿回采，有着明显的施工优势，并且资金投入小、采煤效率高，能有效节省掘进施工时间与成本，改善生产效率。

1.2 支护技术

煤矿巷道掘进中，必须结合周边环境，拟定有效的顶板支护方案。其中，预留煤柱作为核心巷道支护形式，下区段始终处在回风状态，上区段处在运输状态，巷道上区段与下区段都必须拥有预留煤柱，以此降低回风平巷周边的支撑压力，该预留煤柱具有操作简便的优势，方便巷道排水与通风，但支护耗费较大，如果巷道底端受煤矿支撑挤压，势必会影响巷道稳定性与安全性，在巷道煤层靠近的地带，为了确保整个掘进施工稳定性与安全性，要尽量减小煤层冲击带来的不利影响，控制好预留煤柱宽度，落实煤柱管理要求。

2 煤矿掘进的技术难点及对策

2.1 软岩条件下的巷道掘进和支护难点

软岩巷道会随着时间的推移，在地应力和水理作用的影响下，巷道围岩发生大位移现象，主要表现为底鼓、两帮凸出。软岩巷道底鼓分为挤塑性底鼓和膨胀性底鼓。当巷道中有积水时，两种底鼓会相互促进，造成恶劣循环。对上述两种变形，根据情况首先可采用增加底角锚杆支护和底板锚杆限制巷道变形。其次，可将巷道断面设计增加反底拱设计[1]。最后，从改变围岩应力分布角度入手，在软岩巷道旁开挖泄压槽或充填区，使自由区巷道应力降低。

2.2 采掘应力扰动区内巷道掘进和支护难点

在采掘应力扰动区内，巷道掘进过程中冒顶垮落的风险以及冲击地压发生的频率和烈度比原岩应力区高很多。在应力扰动区内，巷道掘进主要受两种形式的应力破坏。第一种是单次大能量应力冲击，煤岩突出和冲击地压，它会瞬间破坏巷道原有支护，对巷道造成毁灭性破坏。第二种是循环叠加应力，周期来压和循环炮掘，单次应力强度不大，但经过多次循环和叠加后，巷道的支护材料会产生疲劳损伤，材料强度降低，从而导致巷道变形或冒顶垮落。

3 煤矿开采掘进支护技术的关键

3.1 煤矿开采方式

煤矿开采，主要的开采方式是综采和炮采；炮采主要是在长壁工作面中执行，主要过程是破煤、装煤、运煤和支护技术，炮采工作面设备安装简单，钻研技术采用煤电钻，在各种复杂的环境下都可以使用，但炮采工作对顶板的管理不是非常完善，顶板事故多大，安全系数较低，因此在采取炮采时要注意爆破落煤要增加炮眼的个数，采用机械装煤可以加强施工人员的强度，炮眼的封堵使用水泡泥，防止出现打筒的现象，加强对作业人员操作流程的培训，保障作业安全。

3.2 综合开采方式

综采工艺是煤矿综合机械化开采主要技术，即爆破、装运、支护等工序均已实现机械化，被广泛地应用于煤矿中，综采工作面投入大、无法保障煤质的装备和回撤，因此在综采作业时要考虑煤层倾角的大小，收尾的作业技术和构造问题。

3.3 复杂地质环境下开采方式

处于复杂地质条件下的煤矿巷道开采的关键是合理地分析该区域的实际地质情况，特别是对地下的复杂多变的地质条件，合理的布置巷道，在巷道开采时要注意不稳定的围岩现象，该技术的关键是为了保障周围的围岩不受破坏，保障安全生产。掘进支护技术面对复杂的地质条件，可以科学地运用掘进和支护技术，将围岩和支护体组成一个整体，扩大使用范围。

4 煤矿开采技术和掘进支护技术的选择

4.1 掘进技术的选择

煤矿掘进技术是煤矿开采到结束的整个过程，大多数企业对开采过程中的掘进技术重视度不够，尽管掘进技术多样，但合理利用掘进技术才是提高效率的关键。目前我国煤矿常用的支护技术有金属支护、喷浆支护、锚杆锚网支护和液压支护技术等。掘进支护技术的选择要根据煤矿井下作业的实际情况进行，在选择合理的支护技术时要区分综掘机的使用范围，结合巷道断面的围岩承载情况，完善煤矿掘进的管理过程，提高开采效率。

4.2 支护技术的选择

随着开采技术的发展，常见的支护技术有直接破顶法、后退卧底法、临时支护法等支护技术，在做临时支护工作时如果断层的落差较大，就容易发生围岩破碎情况，最佳的支护方法就是U型钢支护技术，将U型刚和锚杆支护有机结合，提高巷道的稳定和围岩的坚固性[2]。

5 优化煤炭采矿工程巷道掘进与支护的方法

5.1 使用性能稳定的掘进设备

巷道掘进机作为煤巷快速施工的设备，决定着整个工程工作情况。井下矿物与巷道煤岩是整个掘进机械的工作目标，并且有着很强的振动效应，作业环境恶劣，所以必须结合工作环境确立施工方案，才能确保连续的机械作业。根据国产化进程与设备引入机制，国内巷道掘进技术有了很大的发展，并且形成了很好的掘进工艺与发展模式。在恰当的部位使用镶嵌式组合，通过模块结合的形式，帮助设备做好维修拆卸，这样才能确保设备稳定性[3]。

5.2 优化机电一体化

做好掘进设备故障判定与状态监控，结合现代测控工艺，优化并创新掘进设备问题评估、状态监测与远距离控制，这样才能达到电机整体运作要求。

5.3 做好巷道支护管理

面对软岩回巷道的支护问题，必须增强喷层、支护网刚度支撑，在薄弱区域做好锚梁支护，才能提高围岩表层支撑与约束力，限制巷道纵向碎区延伸。为了拥有良好的支撑效果，对于巷道掘进与支撑，严格把控螺母精度与质量，把普通螺母换成专用锚杆螺母，才能从整体上提高抗压能力。在巷道掘进支撑中，通过动态监测，及时发现锚杆技术的薄弱区域和潜在问题，利用现代监测进行定位，才能不断提高施工安全与支撑强度[4]。支护材料质量关系着施工质量，所以在施工中不仅要做好质量抽检，还要及时更换残次品或者过期的产品，形成有效的奖惩体系。在支护施工期间，严格依照操作规范与设计要求进行，在专业分工的同时，落实岗位责任制，进行质量检验。软岩巷道在初次喷锚支护中，要做好长期监测的准备，定期汇报检测数据，才能调整支护参数。

6 结论

综上所述，随着社会经济的高速发展，煤矿开采成为衡量国家发展水平的重要标志，而合理的开采技术才能提高煤矿的开采效率，因此如何选择适合的开采方式和支护方式，是煤炭企业发展的重要保障，也是提高企业经济效益的重要基础。