復雜地質條件下煤礦開采掘進支護技術研究

張亞賓

摘 要：我國是能源需求大國，煤炭則是重要的能源資源，其在多個行業中都有著極為廣泛的應用，如何采掘更多的煤炭資源，實現煤礦利用最大化，一直以來都是煤炭行業發展中關注的焦點所在。而在復雜地質條件下，煤礦采煤掘進支護技術的應用是不可或缺的，其能夠有效的保障煤礦資源開采的安全性和穩定性。

關鍵詞：復雜地質條件;煤礦采煤;掘進;支護技術;應用

引言

隨著以采煤機為代表的自動化綜采設備的不斷投入應用，煤礦井下綜采作業效率得到了大幅提升。目前，巷道掘進主要依靠人工操作掘進機進行掘進作業，由于井下地質條件較為復雜，因此需要人工根據截割經驗不斷調整掘進機的作業姿態，從而保證巷道掘進效率和質量。這種掘進方式在實際應用中暴露出了掘進效率低、巷道成型質量差的問題，需要人工多次進行巷道斷面修整，極大地影響了巷道掘進效率。隨著自動控制技術的發展，一種新的煤礦井下巷道快速掘進技術———掘進機位姿自動監測與糾偏技術、巷道斷面智能成型技術的出現與應用，實現了掘進機巷道的自動成型作業。根據在煤礦井下的實際應用表明，掘進機位姿自動監測與糾偏技術能夠對掘進機狀態進行實時監控和調整，巷道斷面智能成型技術能夠實現掘進機的無人化智能截割作業，能夠將巷道一次成型率提升34.2%，將巷道掘進效率提升22.1%，對實現井下采掘平衡，提高綜采經濟性具有十分重要的意義。

1支護技術介紹

煤礦巷道一般在礦井深處進行挖掘，深度從幾十米到幾百米不等，工作環境相對復雜，在巷道掘進過程中，礦山地質結構容易發生變形，使巷道圍巖的壓力產生變化，引起頂板的垮落，因此需要對巷道進行支護。煤礦巷道支護技術經過漫長的發展，經歷了從木支護、砌碹支護、型鋼支護到錨桿支護方式過程。錨桿支護是目前發展較為完備，應用較廣的巷道支護技術。錨桿支護主要利用金屬、木材、聚合物或其他材料制造的桿柱，打入圍巖預先鉆好的孔中，其頭部及桿體依賴于錨固劑黏結作用將圍巖與穩定巖體結合在一起，尾部通過托板與螺母進行約束，通過錨桿改變圍巖本身的力學狀態，在巷道周圍形成一個整體而又穩定的巖石帶，對圍巖產生加固作用。利用錨桿與圍巖共同作用，具有抗拉和抗剪效應，能夠達到維護巷道穩定的支護目的。錨桿支護具有成本低、快捷方便、適用范圍廣、穩定可靠的優勢。錨桿支護由錨桿桿體、托板、螺母、錨固劑以及金屬網共同構成。

2復雜地質條件下煤礦開采掘進支護技術

2.1煤礦支護技術形式

目前，我國煤礦企業在煤礦開采過程當中，為了更好地提高煤礦巷道的穩定性和安全性，提高整體安全質量，一般都會采用高強支護技術。常見的煤礦支護技術如下：第一，礦用支護型鋼的應用。因為我國煤礦地理環境因素的影響，在煤礦開采中工作人員需要借助支護型鋼進行加固。但是在這個過程中技術人員需要對支護型鋼架的抗拉性和剪切型進行管控，保證整個支護系統的需求。與此同時，技術人員為了保證高強支護可以承受更多方面的負荷，還需要對支護型鋼的承載能力進行監測。第二，可縮性支架的應用。這種支架是煤礦加強支護當中最為常用的一種形式。可縮性支架和其他支護技術有很多不同點，它更適合運用到巷道斷面小的煤礦開采環境當中。技術人員通過測試對這項技術進行了全方位的研究，使得這項技術具有一定的承壓能力。第三，預留煤柱，這項技術是最為傳統的支護技術，這項技術一般都被運用到煤礦的上區段和下區段。這項技術操作起來比較簡單，在正常情況下可以滿足煤礦巷道排水系統需求。但是這項技術一定程度上降低了煤炭開采率。

2.2直接破頂法的運用

在煤礦產業運行期間，為了更好的提升直接破頂技術使用的效果，可以嘗試通過掘進直接沖擊技術，進一步提升穩定材質圍巖施工的設計價值，以便更好的保證錨網索支護技術使用的整體質量。在實施頂板巖石施工時，巖層的硬度通常在<5m或者是沒有達到2m的范圍以內，當然，在應用直接破頂技術時，還可能會遭遇巖石脆弱的問題，如果該類問題出現，那么可能無法有效的保證掘進支護的穩定性。因此，在復雜的地質條件下，應用直接破頂法時，也需要根據實際情況進行靈活運用和選擇，進一步提高破頂法的作用價值，以便更好的進行煤礦資源開采。應用直接破頂技術時，還需結合頂板的巖石厚度合理選擇，如果巖石的硬度<6cm，而且巖石風化情況嚴重，容易破碎，那么就不適合采用直接破頂支護方法;但是如果掘坡度面比較大，那么應用直接破頂支護技術則是最為理想的。

2.3錨桿支護方案設計

煤礦巷道錨桿支護在施工應用前首先需要進行支護方案的設計，利用工程類比法、理論計算法或者實測法，綜合考慮煤礦生產實際情況以及相關規范對各項支護參數進行設計。其中，應用較廣的工程類比法以及仿真分析都首先根據施工巷道圍巖物理力學性質、結構特征、地質構造等對巷道圍巖的狀況進行分類，依據不同的圍巖選擇不同的基本支護形式。根據基本支護形式以及錨桿支護理論計算錨桿桿體直徑、長度、間排距、設計錨固力、角度等主要支護參數，同時確定錨桿選用的材質、型號。其次根據錨桿參數對錨固劑進行選擇，確定其他搭配設備的參數。設計過程中依據初始設計、實施設計、礦壓觀測以及修改完善的設計流程，錨桿施工前需要進行拉力測試，以保障錨桿設計方案的科學可靠，同時謹慎使用新材料以及新技術，確保支護設計安全可靠、經濟合理。

2.4錨桿臨時支護中U鋼法的運用

煤炭開采時，地質條件相對來說比較復雜的情況下，煤礦出現斷層落差比較大時，那么可能會出現煤層坍塌的情況，為了更好的保證開采的安全性，提高開采質量與效果，可以嘗試應用錨桿臨時支護中的U鋼法。通過對地質條件以及煤層情況的分析，構建超前、固定以及臨時等多種支護方案，然后將U型鋼架與錨桿支護技術結合在一起，進而更好的提升煤礦資源開發的穩定性，使得煤礦資源得以更加順利的開采和利用。但是，該支護方法往往也只能夠應對一些臨時性的問題，針對需要長期進行巷道支護的煤礦，相關技術的應用還需要與其他方法配合，這樣才能更好的保證施工過程的安全性。

2.5對掘進技術的要求比較高

在開采薄煤層的時候，為了可以保證作業人員的安全，通過就會采取半煤巖巷與煤礦巷道的掘進支護方式來實現，但是在實際的作業當中，掘進半煤巖巷對掘進支護設備和掘進及時有著很高的要求，使得工作人員在使用時要能夠具有較強的專業能力，并結合實際的情況來進行合理使用。

結語

綜上所述，為了可以提高我國煤礦產業的發展，提升煤礦開采的安全性和穩定性。煤礦企業需要對高強支護技術進行深入的研究，了解每一種技術的特點，并根據實際情況去選擇和構建不同的技術方案。目前，我國的煤礦安全事故時有發生，其中頂板事故大部分的原因都是因為沒有做好巷道的支護和監測工作。因此，在煤礦采煤掘進工作當中使用高強支護技術日益成為必然的要求和選擇。

參考文獻：

[1]柳春.復雜地質條件下煤礦采煤掘進支護技術及應用探討[J].中國設備工程，2020（09）：193-194.

[2]尉樂.復雜地質條件下的煤礦掘進支護技術應用分析[J].能源與節能，2018（06）：103-104+112.

[3]王國法，杜毅博.智慧煤礦與智能化開采技術的發展方向[J].煤炭科學技術，2019，47（1）：1-10.

[4]周玲玲，董海波，杜雨馨.基于雙激光標靶圖像識別的掘進機位姿檢測方法[J].激光與光電子學進展，2017，54（4）：186-192.

[5]符世琛，成龍，陳慎金，等.面向掘進機的超寬帶位姿協同檢測方法[J].煤炭學報，2018，43（10）：2918-2925.

（平頂山天安煤業股份有限公司十一礦開拓二隊? 河南? 平頂山? 467000）