解析采礦工程巷道掘進和支護應用

張余慶

(山西陽城陽泰集團晶鑫煤業股份有限公司，山西 晉城 048100)

在采礦中，掘進、支護每個流程間的相互配合，可降低采礦中安全事故的發生率，提高礦山生產效率。巷道施工在采礦中所占比例較大，在裝備技術快速發展的今天，為維護巷道施工安全，掌握掘進和支護技術的要點是非常必要的。

1 常見的采礦掘進方式

1.1 機械化掘進

機械化掘進是一個綜合且復雜的環節，其是由很多機械設備共同運作來實現的，如懸臂式掘進機、運輸機、鉆機、通風設備、電力設備等。其中以懸臂式掘進機最為重要，其工作效率的高低，將直接決定掘進作業效果的好壞。現階段該設備技術能夠滿足采礦掘進作業的要求[1]。

1.2 拋錨一體化掘進

拋錨一體化掘進是在錨桿支護技術的基礎上發展的一種新型掘進方式，其將掘進與支護兩者有效結合起來，可以在縮短掘進作業時間的基礎上，確保掘進工作的安全，防止巷道施工中危險的發生。

2 巷道掘進施工要點

2.1 做好瓦斯排放工作

巷道掘進施工中除要注重施工效率外，安全也是重要內容。在巷道掘進施工中，瓦斯是最常出現的氣體，工作人員需做好瓦斯排放工作，減少瓦斯的過多堆積，避免安全事故的發生。在瓦斯排放中，首先要確保通風系統設置的科學性，使瓦斯氣體能夠及時有效的排放出去，降低巷道內瓦斯的堆積量；其次要求工作人員及時對瓦斯含量實行檢測，保證濃度參數在規定的標準范圍內，一旦出現問題，要及時采取措施加以解決。

2.2 通風防塵

通風防塵與瓦斯排放的目的是一致的，都是為改善巷道掘進施工環境，減少有害氣體對人體的危害。在巷道掘進施工中，如果防塵工作不到位，施工人員在長時間較為惡劣的環境下工作，其身體機能會受到嚴重損害，這不僅會降低工作質量，還會因為身體原因而導致工作失誤的增多，增加巷道掘進施工的危險性[2]。在通風防塵中，需要注意的重點內容有：一方面要對巷道內的風壓及風量實行分析和掌握，合理選擇風機，控制風機使用量。另一方面在設備作業前，需對其性能進行測試，從而確保其滿足通風防塵要求。

2.3 明確技術要點

工作人員應嚴格對自身的要求，要在了解現有掘進技術的基礎上，掌握更多先進技術要點，且根據工程實際要求，增大先進技術的利用率，參照現場環境進行科學分析，注重掘進技術使用的科學性、合理性。

3 巷道支護技術

3.1 臨時性支護技術

臨時支護是在巷道需要臨時支撐時，利用一些材料和設備增大巷道承載力的一種方式，其對支撐材料、應力劃分有著明確要求，在實際施工作業中，應加大重視。如巷道掘進中，某掘進面出現落煤現象，則工作人員可根據現場實際情況設置臨時支護，如可利用吊環實現后側錨桿與前探梁的連接，設置護頂網，之后再使用錨桿支護來增大支撐力，以降低落煤對施工作業的影響，保障作業安全。

3.2 永久性支護

永久性支護方式可分為三種，錨桿支護、鋼筋混凝土支護和混凝土支護[3]。下文就將對這三種方式再實際應用中的注意事項予以說明。

3.2.1 錨桿支護技術

一是工作人員需要詳細計算錨桿的抗拉和抗剪作用力，優化錨桿性能；二是結合現場實際情況確定錨桿各項參數的準確性，避免支護變形等問題的產生；三是做好檢測工作，及時修正錨桿支護設計中的問題。

3.2.2 鋼筋混凝土支護技術

鋼筋混凝土支護技術可增大支護強度，降低支護成本，不過由于鋼筋混凝土結構的抗伸縮能力不足，所以在實際作業中，很容易引發質量問題。這就要求工作人員在設計過程中，對支護結構間距及固定點位置予以科學計算，確保支護結構的完整性和穩定性，強化加固效果。

3.2.3 混凝土支護技術

首先，增強混凝土配設設備配置的合理性，為支護合理性提供保障。其次嚴格按照設計要求開展支護施工作業，注重構件安裝的科學性，做好細節處理。最后，增大金屬網的強度，提升支護等級。

4 實際案例

以某礦區輔助軌道巷的布置為例，巷道開口為主標高，約在-640 m左右，煤層平均傾斜角度為17°，巷道長度約在257 m。整個巷道斷面以梯形結構為主，部分地段存在復合頂板結構，厚度約在0.5 m～1 m。巷道以泥巖結構為主，上部砂質泥巖間夾煤線，頂板易出現垮落問題。

4.1 掘進與支護難度

在掘進中，本項目原設計采用綜掘機割煤的方式進行，采用循環進刀方式施工，循環進尺需在1 600 mm左右，不過結合現場實際情況來看，采用這種方式時，因掘進時壓力的不斷增大，頂板巖層很容易出現垮落，造成巖層脫落，不利于巷道的形成。在臨時支護作業中，如果采用輕型單體液壓支柱，則很容易因頂板松軟破碎的影響，導致掘進作業中周圍巖體出現較大變動，降低臨時支護力，增大危險系數[4]。

在永久支護中，由于頂板以泥巖結構為主，穩定性較低、厚度較大，很容易在永久支護還未結束時，就出現頂板脫落和頂板離層等問題，兩幫移近量相對較大，底鼓問題嚴重，這不僅增加了永久支護難度，還造成了較大的成本損失。鑒于此，本項目在掘進和支護中，采用短掘短支+掘進機超前支護+優化支護設計的設計方案。

4.2 掘進與支護施工方案

4.2.1 掘進施工

在巷道掘進施工中，選用了EBZ-132型掘進機以短掘短支的施工方式開展施工作業，將原來的循環進尺從1 600 mm降到800 mm。在切割過程中，保證左右幫預留出200 mm左右的煤層厚度，以免破壞頂板結構質量，導致頂板破碎、離層、錨定等問題的產生。另外，在施工階段，要利用人工風鎬提高巷道成形率。掘進作業流程為：前期準備→瓦斯檢查→掘進機安裝、運輸-退機、截割頭、鏟板居中落地→敲幫問頂→臨時支護→永久支護。

4.2.2 臨時支護

針對存在的頂板垮落及片幫問題，工作人員應借助掘進機記載超前支護，對原有支護方案實行優化和調整，具體內容為：首先，在綜掘機切割部位設定主架和頂梁架，利用液壓傳動手柄對其實行控制。在頂梁架上對鋼帶及網片的間距予以調整，并利用支護裝置自帶的磁鐵裝置完成固定。在實際操作中，推動臨時支護裝置主架和頂梁架液壓控制手柄，主架和頂梁架由拆合狀態慢慢平穩打開，根據頂板前后、左右傾斜角度，展開到所需要的角度和位置，最后升主架[5]。

其次，支護主架在上升區間內，需要對主架與頂梁架的液壓控制手柄進行調整，確保頂梁架中心線與巷道中心線重合，加強鋼帶與網片與頂板的連接效果。最后再施工頂板錨桿，打注頂板錨桿后，先將主架下降到最低位置，再折合主架和頂梁架，合到頂梁架橫在掘進機上為止，將操作閥打到掘進機位置，使掘進機正常工作，之后再開展下一循環掘進。

4.2.3 錨網索耦合支護

工作人員要先了解頂板與幫補破壞情況，計算得出準確數值，選擇科學合理的支護方式。在參數計算中，可利用彈塑性計算方法確定頂板與幫補的破壞深度。本項目中，幫補的破壞單位在1.34 m左右，頂板的破壞范圍在2.1 m左右。巷道內最大塑性圈半徑約2.2 m，頂部松動圈范圍約1.08 m。另外，結合現場實際情況，將錨桿的初步長度設定在2 200 mm左右，為增強其穩固性，對擠壓加固帶的厚度也實行了計算，確定其在550 mm～680 mm。且需要在應力集中關鍵部位施加錨索加強支護，以增大圍堰強度。

綜合上述參數數據，選用錨網帶聯合支護、錨網索加強支護的方式，使用的材料為Φ20 mm×2 200 mm高強錨桿+金屬網+4 m長M鋼帶和Φ18 mm×2 200 mm高強錨桿+金屬網+M鋼帶，對頂板和兩幫予以支護施工。錨桿間距分別為750 mm×800 mm、800 mm×800 mm，金屬網為1 000 mm×2 200 mm，網格70 mm×70 mm。錨索加固中，選用了Φ18.9 mm×6 300 mm鋼絞線為主要材料，間排距為1 300 mm×1 500 mm。

4.3 施工效果

短掘短支施工工藝可改進巷道施工質量，減少原先存在的片幫樓頂問題。同時臨時支護的設置，增強了頂板巖層的穩定性，防止了離層、冒頂問題的產生。在永久支護中，通過分階段監測的方式，可對最終支護效果予以了解，巷道結構的穩定性隨著時間的推移逐漸加強，雖然仍存在較小的變形隱患，但不影響復合巷道的質量，整體效果良好。

5 結語

為保證采礦工程的施工質量和安全，加強巷道穩定性，相關部門需加大對掘進與支護的研究力度，不斷更新施工技術，以此增大作業安全系數，推動采礦作業的順利完工。