煤炭采礦工程巷道掘進和支護技術的應用分析

武俊華

摘要：煤礦巷道是煤層開采的重要通道，保證巷道的安全快速掘進對于煤礦開采顯得十分重要。由于巷道在受到礦山壓力的作用下會變形破壞，對巷道的支護很必要。本文分析了煤礦開采過程中巷道掘進存在的問題進行分析，在此基礎上提出了一些解決方法，這對于緩解煤礦開采過程中的采掘緊張問題有幫助。

關鍵詞：煤礦開采;巷道掘進;支護

1巷道掘進與支護的關系

對于煤礦巷道大多采用直眼掏槽（如圖1所示）與斜眼掏槽的組合方式進行掘進。如煤層中存在著夾矸，這時掏槽存在較大的難度，在處理時應該將掏槽的角度控制在45°～90°之間。在進行爆破作業時，如果爆破的面積相對較大時，就要增加輔助掏槽眼，這樣可以使巷道的形狀更加規則。在采用掘進機進行掘進時，可以實現破煤、裝煤一體化，可以最大程度的提高煤礦巷道的掘進施工進程。若采用煤機進行橫向切割的形式，可以有效的拓寬巷道的寬度，實現了對煤層的連續開采。采用連續采煤機進行煤巷掘進時，整合了煤礦掘進和回采工藝，極大的提高了生產效率。它有著明顯的施工優勢，在初期投資少采煤效率高，能極大的節省掘進的成本，改善煤礦生產效率。

由于礦山壓力的作用，在掘進時必須進行支護。在支護時必須結合煤礦開采的實際情況，制定有效的巷道支護方案[1]。在煤礦工作面附近開采時，需要預留一定量的煤柱來保證回風巷和運輸巷的完整性。預留煤柱具有操作簡單、方便、成本低的優勢，特別在巷道底板發生底鼓時預留煤柱支護效果更好。為了保證掘進整個過程的安全性，要盡量減小掘進對煤層的沖擊，這就要求要控制好合理的煤柱寬度。

2 煤礦掘進存在的問題分析

軟巖巷道的掘進和支護是煤礦所面臨的難題。在地應力和地下水的作用下，軟巖巷道的變形十分劇烈，變現為頂底板移近明顯，底板出現底鼓，兩幫出現凸出。在水的作用下，軟巖巷道的變形將不可控制，軟巖巷道底鼓分為擠塑性底鼓和膨脹性底鼓。當巷道中有積水時，兩種底鼓會相互促進，造成惡劣循環。對于軟巖巷道可以采用底角錨桿支護和底板錨桿支護技術來抑制巷道的變形和底鼓[2-3]。此外，在巷道設計時可以將斷面設計成反底拱形式?？梢圆捎瞄_挖卸壓槽和打卸壓鉆孔的方式來釋放巷道周圍的應力，以此來降低巷道的變形。

當掘進工作面靠近回采工作面時，掘進巷道將會受到工作面回采時的動載的影響。在動力擾動作用下，掘進過程中頂板冒落的可能性增加，更嚴重的是有發生沖擊地壓的危險。這是由于在動載作用下，應力場會出現疊加比原巖應力高出很多倍。動載作用下巷道的破壞主要有兩種形式，第一種是沖擊破壞，表現為煤巖突出和沖擊地壓，瞬間破壞了整個巷道，支護沒有任何作用;第二種是動應力下，巷道的支護會產生損傷，導致錨桿的支護強度降低，當某次動壓超過了錨桿的承載強度后，巷道發生變形，頂板出現垮落。

3 煤礦開采方式與支護技術的關系

3.1 煤礦開采技術分析

目前煤礦的開采方式可以分為兩類：炮采和機采，機采又可以分為兩類：普采和綜采。炮采采煤工藝通過打眼放炮來實現破煤、裝煤，工作面的支護采用單體液壓支柱。炮采工作面布置簡單，能適應各種復雜的地質條件，但是采用單體液壓支柱來支護頂板，很容易出現冒頂事故，而且在放炮時很容易崩倒液壓支柱。在炮采時其主要時間消耗在打眼放炮上，布置合適的鉆孔數量顯得十分關鍵。在進行裝煤時，需要工人將煤鏟到皮帶運輸機上，工人的勞動強度大。這種采煤工藝處于淘汰的邊緣，只有在回收邊角煤時才會應用。

普采采煤工藝只適用于小型礦井，對于大型礦井多采用綜采工藝。綜采工藝與普采工藝最大的區別是采用了液壓支架支護頂板，液壓支架的移架相對于單體液壓支柱更加方便。綜采工藝的生產效率非常高，實現了采煤、運煤、支護、裝煤的完全機械化。綜采工作面對地質條件的適用性較差，不能經常搬家，在開采末期的時候裝備回撤困難。

在復雜地質條件下，煤礦的開采工藝的選擇應該符合該區域的實際地質情況。巷道的布置盡量要避免地質構造復雜區域。在設計開采工作面時，要盡量避開工作面內含有地質構造。為了保障巷道的穩定性，節省支護成本，巷道應該布置在圍巖相對較為完整的區域。對于復雜地質條件下布置煤層開采巷道，需要采用數值模擬等手段反復的驗算來確保支護的安全性。要科學的運用錨桿和錨索來完成對巷道的支護。

3.2 巷道支護技術的選擇

現在煤礦企業對掘進技術重視程度不夠，在選擇掘進技術時具有一定的盲目性。掘進技術主要有兩種：炮掘和綜掘，每種掘進方式都有著適用的地質條件。只有根據煤礦的地質條件選擇合適的掘進技術，才能提高掘進的速度和效率。我國煤礦巷道常用的支護技術有金屬網支護技術、噴漿支護技術、錨桿支護技術、錨索支護技術以及聯合支護技術。在掘進過程中支護技術的選擇要根據巷道的頂板完整度選擇合適的支護技術。這樣才能保證支護的有效性和經濟性。結合巷道斷面的圍巖承載情（下轉第111頁）（上接第109頁）況，完善煤礦掘進的管理過程。隨著支護技術的發展，掘進時可以采用直接破頂法、后退式臥底法進行掘進。在面對斷層等復雜地質構造情況下，應該進行加強支護，對于巖體比較破碎時應該采用U型鋼和錨桿支護結合起來，這樣可以提高巷道圍巖的穩定性和完整性。

4 優化煤炭采礦工程巷道掘進與支護的方法

為了保證巷道的能穩定快速掘進，應該選擇性能優異的掘進設備。掘進機的選擇應該慎重，其性能對于整個掘進起著決定性作用。掘進機面對的是整個巷道圍巖，在掘進時會產生很強的機械振動，這對于設備的性能是個巨大的考驗。因此，必須結合實際的地質情況，選擇合適的施工方案，確保掘進工作面的連續作業。經過多年的發展，我國的自主研發的巷道掘進機有了很大程度的發展。目前已經具有生產成套設備的能力。在恰當的部位使用鑲嵌式組合，通過模塊結合的形式，幫助設備做好維修拆卸，這樣才能確保設備穩定性。

對掘進設備的故障做出準確的判斷，這就要求巷道掘進機應該具有先進的機電一體化故障檢測系統。能實時的對掘進設備的運行狀態進行檢測，可以實現遠程控制功能。對于軟巖巷道必須做好支護管理工作，軟巖巷道的支護不是一次完成的，需要進行多次支護。對巷道表面必須進行噴混凝土、加支護網。在巷道的薄弱區域應該加錨固梁來提高支護的有效性，只有這樣才能提高巷道圍巖的承載能力，限制巷道的變形向圍巖深部發展。為了保證支護的效果，在錨桿支護時應該對支護時采用的螺母的質量進行把控，對于需要承載能力大的區域應該采用專用螺母。在巷道支護完成后，應該對巷道的支護效果進行監測，及時發現支護失效的區域并進行及時的處理，避免失效區域的擴大。最后，支護材料的質量對支護的效果有著直接的影響，在施工過程中要做好質量抽查工作，形成嚴格的質量控制體系，實現材料質量的責任制。軟巖巷道在初次噴錨支護中，要做好長期監測的準備，定期匯報檢測數據，才能調整支護參數。

5 結論

綜上所述，煤礦巷道是煤層開采的重要通道，保證巷道的安全快速掘進對于煤礦開采顯得十分重要。由于巷道在受到礦山壓力的作用下會變形破壞，對巷道的支護很必要。在支護時必須結合煤礦開采的實際情況，制定有效的巷道支護方案。在巷道支護完成后，應該對巷道的支護效果進行監測，及時發現支護失效的區域并進行及時的處理。支護材料的質量對支護的效果有著直接的影響，在施工過程中要做好質量抽查工作。

參考文獻：

[1]樊坤，徐亮，侯杰.煤炭采礦工程巷道掘進和支護技術的應用探討[J].山東工業技術，2018（24）：78.

[2]趙壽.煤礦采礦工程巷道掘進和支護技術的應用分析[J].山東工業技術，2018（17）：99.

[3]王熙凌.煤炭采礦工程巷道掘進和支護技術的應用分析[J].建材與裝飾，2018（29）：233.