采礦工程巷道掘進和支護技術的應用分析

江 日

（龍里縣自然資源局，貴州 黔南 551200）

1 采礦工程巷道掘進技術概述

1.1 常見的掘進方式分析

首先，站在綜合機械化掘進模式下來看，在實際操作過程中，就是由人員整合供電系統(tǒng)或者是多個部門的共同協(xié)作下，根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境差異，確定好掘進設備的型號以及類型。而操作人員所開展的大斷面連續(xù)掘進工作，就是靈活的調(diào)整間斷式與連續(xù)式幾種運輸模式，借助專業(yè)的操作設備，在大斷面巷道當中能夠達到極高的掘進效率，與綜合機械化掘進方式進行比較，此時需要操作人員控制好掘進的速度等參數(shù)。操作人員掘進期間，最常見的使用設備就是掘進機，統(tǒng)籌規(guī)劃好掘進與錨固作業(yè)之間的平衡，在最短的操作時間內(nèi)，高效率的完成掘進工作，目前而言，大多數(shù)采礦工作都選擇了此種掘進模式[1-3]。

1.2 注重瓦斯排放工作

在當前我國大多數(shù)地區(qū)實施采礦工程巷道掘進過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)高濃度瓦斯現(xiàn)象，在引發(fā)安全問題的前提下，對掘進效率產(chǎn)生了很大的影響。面對該種問題，在井下開展巷道掘進作業(yè)環(huán)節(jié)當中，就要求人員從意識上對此種問題提高關注，降低后期瓦斯過高引發(fā)安全事故。因此煤礦應該結合實際巷道條件，設置針對性的通風體系，確保及時排出掘進過程中涌出的大量瓦斯，防止瓦斯積聚。另外，還應該安排專業(yè)技術人員，借助專業(yè)的設備，時刻對瓦斯?jié)舛葘嵤┤逃^測，當瓦斯?jié)舛瘸^標準范圍時，必須要求操作人員立刻停止掘進，將瓦斯?jié)舛冉档偷皆试S范圍之內(nèi)再開始掘進操作。

1.3 巷道支護

在采礦工程巷道掘進過程中，巷道支護作為核心部分，在實際操作環(huán)節(jié)當中，需要技術人員先對現(xiàn)場情況進行詳細的調(diào)查分析，然后制定合理的巷道支護施工方案，在選擇好針對性支護手段的基礎上，嚴格按照方案進行施工，才能夠保證整個巷道的支護質(zhì)量。面對當前多種類型的巷道支護技術，只有選擇適合本礦井的巷道掘進與支護方式，才能確保整個巷道的支護質(zhì)量要求，才能夠有效的保護好操作人員的人身安全，進而為采礦工作穩(wěn)定發(fā)展提供有力支撐。

1.4 掘進技術要點

通過現(xiàn)實調(diào)查可以看出，針對我國采礦企業(yè)巷道掘進處理環(huán)節(jié)當中，通過使用的就是光面爆破技術，站在該種掘進手段下，主要涵蓋輪廓線、預裂法、修邊法等多方面的光面爆破技術，操作人員在運用過程中，首先，需要先對采礦環(huán)境進行深入的勘察，對每個區(qū)域設置上爆破眼的同時，還應該保證藥量達到標準，為了能夠?qū)崿F(xiàn)最好的爆破效果，還需要把控好爆破的時間范圍，真正實現(xiàn)接下來巷道掘進操作的順利實施。

2 采礦巷道掘進施工中支護技術要點的分析

2.1 臨時性支護技術要點分析

所謂的臨時性支護技術，主要就是在巷道掘進過程中，出于頂板及人身安全的需求下，進而所確定的臨時性巷道支護工作。比如，按照某地區(qū)采礦工程巷道掘進的進度，此時操作人員可以借助機組前探梁支護，以便施工人員進行永久支護工作。通過臨時性的支護方式，不僅能夠保證操作人員的安全，而且操作簡潔快速，大大節(jié)省整個工序所需時間，該種支護是目前掘進作業(yè)最常見的臨時支護形式。除此之外，當前大多數(shù)采礦工作，所開展的臨時性支護結構，也會應用金屬支架加以處理，該種方式有著良好的強度特點，再加上能夠快速的安裝以及重復利用等效果，近年來大多數(shù)煤礦對其有著極高的關注。最為關鍵的是，該種方式也可以當作是永久性的支護結構。采礦工程企業(yè)所選擇的支護結構，不管是臨時性還是永久性的方式，都應該要與現(xiàn)場環(huán)境等方面相吻合，在支護結構承受時間當中，合理的選擇高性能的支護材料，希望能夠在最少的經(jīng)濟成本投入下，充分的凸顯出臨時性支護結構的使用價值[4,5]。

2.2 永久性支護技術要點分析

除了臨時性支護工作以外，巷道支護最重要的支護為永久支護。目前永久性支護技術主要有以下幾方面：①錨桿支護技術，因為現(xiàn)實中體現(xiàn)出了良好的支護價值，進而得到了行業(yè)人士的廣泛運用。煤礦所開展的巷道支護工作，應用錨桿支護技術，一方面不需要投入較大的資金成本，另一方面也能夠維持施工過程中極高的安全性。通常情況下，該種支護技術主要涵蓋頂板與煤幫兩種錨桿支護結構，因為具有差異性的性能以及型號等特點，這就決定了有著多樣化的支護形式。比如復合玻璃鋼錨桿，主要使用的材料就是玻璃鋼，有著良好的強度性能，內(nèi)端頭則以左旋麻花結構為主，其錨桿桿體的外部尺寸最大不超過26mm，因而在孔徑28mm～32mm的鉆孔中采用，此時保證錨桿和巖壁達到正交效果，控制好其角度，保證角度不小于75°。在操作人員安裝錨桿過程中，也應該整合錨固劑的作用，嚴格規(guī)劃好攪拌的周期，保證一次錨固徹底以外，降低過程中斷問題的出現(xiàn)。②錨索支護方式，一方面能夠很好的發(fā)揮出在巖層表面上的使用價值，另一方面也能夠更好的幫助人員開展巖層內(nèi)部的支護處理。最為關鍵的是，采礦人員借助錨索支護方式進行處理，能夠保證巖層結構處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)，防止后期巷道頂板離層及巷道頂板整體的下沉與垮落。通過現(xiàn)實調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，此支護工作的進行，往往需要借助專用托盤，整合具有較強性能標準的錨索設備，維持支護過程更具效率性的基礎上，自然也能夠獲取到理想的支護結果。總之，因為錨索支護方式體現(xiàn)出來的較多應用優(yōu)勢，越來越受到行業(yè)人士的推廣與應用。③錨、網(wǎng)、噴支護，錨、網(wǎng)、噴支護是先對巷道采用錨桿、錨索、錨網(wǎng)聯(lián)合支護后，再對巷道進行噴漿的一種綜合支護方式，該種支護形式安全系數(shù)高，且適應性強，幾乎適用于所有掘進巷道，該種支護方式的弊端就是工序繁瑣，相對經(jīng)濟投入大，因此在實際生產(chǎn)過程中，需要秉持因地制宜理念，做好現(xiàn)場情況分析以后，在對地質(zhì)條件復雜、巷道質(zhì)量要求高的情況下可以選擇該種支護方式，例如井下專用回風巷、水平大巷等為整個礦井服務的開拓巷道。

3 工程概述

我省某礦所采煤層有2層，自上而下分別為8＃-2+3+4煤層和9#-2煤層，現(xiàn)該礦井主采8#-2+3+4煤層（以下簡稱8#煤層）。該煤層平均厚度為8.0m，含2層夾矸，單層夾矸平均厚度為0.2m～0.7m。礦區(qū)內(nèi)8#煤層整體賦存情況相對較為簡單，局部地段煤層走向、傾角變化較大，整體呈東西走向，自北向南傾斜，平均傾角為19°。E8202下順槽綜掘工作面位于礦井東翼，該工作面沿8#煤層走向布置，巷道上幫沿8#煤層底板掘進，工作面設計長度為2400m，其中0m～1044m方位為104°30′，1044m～2400m方位為86°4′。該工作面采用EBZ100E型掘進機（設計爬坡能力為±18°），配備安裝DSJ650可伸縮帶式輸送機。工作面采用錨索+錨桿+錨網(wǎng)聯(lián)合支護，煤層破碎區(qū)采用礦用工字鋼棚加強支護。

4 掘進的制約因素

（1）由于E8104、E8106這2個工作面，4條順槽均遇到地質(zhì)構造，要么煤層變薄、要么煤層尖滅而停止掘進，都沒超過1000m，因而前期掘進至1000m時地質(zhì)情況不明。

（2）由于E8202工作面下順槽地質(zhì)情況相對較為復雜，自西向東沿巷道走向8#煤層呈“V”形向斜構造。該向斜發(fā)育主要對E8202下順槽掘進工程造成影響。E8202下順槽巷道坡度0m～800m呈下坡趨勢（平均坡度為-9°），800m～1400m呈上坡趨勢（平均坡度為+19°，最大坡度為+25°，超過該工作面EBZ100E型綜掘機±18°的爬坡能力）。會形成掘進機爬不上坡、打滑等現(xiàn)象，增加了施工難度。

（3）E8202工作面范圍內(nèi)8#煤層厚度發(fā)育情況相對較為穩(wěn)定。但局部存在一處異常變薄區(qū)。該異常區(qū)總體自西北向東南呈紡錘形發(fā)育，最大影響長度為750m，最大影響寬度為300m。該異常區(qū)主要影響E8104工作面800m～900m區(qū)域、E8106原開切巷區(qū)域、E8202上下順槽900m～1200m區(qū)域。該異常區(qū)域內(nèi)8#煤層逐漸變薄（最薄處煤層厚度為0.8m～2.0m，甚至會出現(xiàn)尖滅）。（見圖1），由于煤厚變薄，造成綜掘機遇到巖石割不動現(xiàn)象。

圖1 E8202 工作面 8＃煤層厚度分析圖

5 掘進施工方案及技術措施

（1）采取邊掘進邊探邊分析原則：由于附近地質(zhì)鉆孔較少，結合當時工作面的產(chǎn)狀和礦區(qū)邊界（北17-7#）鉆孔資料，進行剖面分析，重新確定掘進方位；然后在工作面利用ZLJ-650鉆機分上中下3個孔進行鉆探80m取得相關數(shù)據(jù)，結合E8104、E8106、E8202上順槽的煤層產(chǎn)狀作剖面圖，進行綜合分析，及時修改煤層底板等高線，確定巷道坡度。每次利用80m鉆孔分析，以確保掘進時不會丟掉煤層。

（2）E8202下順槽掘進過程中嚴格執(zhí)行“逢掘必探”制度，采用超前鉆探的形式探測并分析待掘巷道煤層賦存情況，邊探邊掘，探80m掘40m，根據(jù)探測到煤層情況及時調(diào)整掘進坡度，既可以保證掘進機可以掘進（掘進坡度在20°以下），又能整體沿煤層底板掘進，如有異常進行調(diào)整也有余地。充分利用地質(zhì)鉆孔分析煤層厚度變化，結合三維地震煤厚地質(zhì)資料，預測掘進后期的地質(zhì)情況。地測技術人員的地質(zhì)預測預報和原始地質(zhì)資料收集分析，在E8202下順槽的掘進時，無論煤層厚薄，都有效地避免了掘進機割硬巖，為掘進工作提供了很好的技術指導。

（3）通過E8202工作面地質(zhì)情況分析，E8202下順槽掘進工作面掘進至1000m時，E8202下順槽將以平均+19°、最大+25°坡度上坡掘進將近600m。該范圍內(nèi)巷道坡度超出工作面配備的EBZ100E型綜掘機±18°的爬坡能力，出現(xiàn)打滑、倒退等情況。且E8202下順槽掘進工作面1044m拐彎處巷道坡度將繼續(xù)加大，對工作面的安全施工帶來較大影響。經(jīng)過計算和試驗，E8202下順槽掘進過程中，通過利用綜掘機自身的液壓系統(tǒng)，在綜掘機的兩側(cè)后支撐處分別安設1組液壓油缸，通過液壓操作閥與綜掘機液壓系統(tǒng)進行連接，作為綜掘機前移及防止綜掘機下滑的輔助動力；掘進正規(guī)循環(huán)的過程中，通過將綜掘機后支撐及鏟板墊高，綜掘機兩旁油缸拉緊，利用懸空的綜掘機履帶作為動力，采用鋼絲繩將帶式輸送機機尾與履帶進行連接，通過履帶的轉(zhuǎn)動促使帶式輸送機機尾前移。

（4）為減小E8202下順槽掘進工作面巷道坡度和爬坡距離，將E8202工作面拐彎點由1044m調(diào)整到1355m。經(jīng)過調(diào)整，E8202下順槽上坡段大于+18°坡度的巷道減少近100m，大大減小了掘進機工作負荷。降低了地質(zhì)構造帶的坡度（見圖2）

圖2 E8202工作面掘進方案調(diào)整示意圖

6 結束語

綜上所述，本項目以120m/月的推進速度，順利完成了E8202下順槽900～1350m段的施工，解放了礦井東部的儲量，為企業(yè)的采掘接續(xù)工作提供了保障，也為解決煤巷掘進的類似工程難題提供了參考。