采礦工程中巷道掘進和支護技術研究

龐萬軍

(寶清縣煤礦駐礦安全監督員服務中心，黑龍江 寶清 155600)

巷道掘進與支護是采礦作業中的基本工作。巷道掘進應兼顧效率和安全，尤其是在巖層裂隙發育、地下水位較高等復雜特殊的地質條件下，必須堅持做到先支護后掘進，將安全擺在首要位置，切實保障井下作業人員的安全，這是提升采礦企業經濟效益的有效舉措。在新技術、新設備的支持下，巷道掘進與支護技術體系已較為成熟。巷道掘進包括爆破掘進、機械掘進。巷道支護包括錨桿支護、支架支護等。每種技術的操作方法和適用條件都不同，采礦人員應根據現場情況合理選擇，加強現場技術控制，確保采礦作業的順利開展。

1 采礦工程中的巷道掘進方法

1.1 綜合機械化掘進

該掘進方法使用的機械裝置主要包括懸臂式掘進機、帶式輸送機、錨桿鉆車等。掘進機將巖層和礦層分離、破碎以后，形成的碎石由可伸縮的帶式輸送機從巷道內部運輸到地面。通風設備、除塵設備等同步作業，為巷道掘進創設良好環境，這些機械相互配合，能夠保證較快的巷道掘進速度。綜合機械化掘進布置靈活，適用范圍較廣，但缺點也比較明顯，由于掘進、轉載、輸送等工序分別由不同的機械設備來完成，如果其中一臺設備出現故障，將會導致掘進工作停止，穩定性較差。

1.2 連續采礦機快速掘進

該方法是在綜合機械化掘進的基礎上加以改良，使掘進、轉載、運輸三道原本相互分離的工序實現一體化作業。配套設備包括一體式連續采礦機、錨桿機、梭車、鏟車等。其中，一體式連續采礦機為核心裝置，能夠以較高速度完成礦層破碎，位于設備前端的采集裝置能將破碎后的小塊礦石收集起來，通過內置的輸送帶將其運輸到裝置的尾端。在一體式連續采礦機的后面，緊跟一臺梭車，將礦石及時從地下運輸到地面。該掘進方法的優點是支持快速、連續掘進，顯著提高了巷道掘進效率；缺點是一體式連續采礦機的成本較高，占地面積較大，對作業環境要求較高。

1.3 掘錨一體化技術

上述兩種巷道掘進技術除了使用掘進設備外，還要配套使用錨桿機，獨立完成鉆孔和安裝錨桿。而掘錨一體化技術則是在掘進機上搭載錨桿鉆機，實現了巷道掘進與支護的同步作業，對保障掘進作業的安全性發揮了顯著作用。我國的掘錨一體化技術已較為成熟，常用的有煤炭科學研究總院研發的JMZ型機載錨桿鉆機、MRH-S100型掘錨機組等。掘進機在切割礦石時，機載鉆機會在新形成的巷道上鉆孔，并安裝錨桿，基本上保證了采掘與支護的同步。該技術的應用優勢主要體現在高效率和安全性兩方面，成為了采礦工程中應用前景最為廣闊的巷道掘進方法。

1.4 鉆眼爆破掘進

以機械設備為主的巷道掘進，是利用鉆頭等破碎礦層，使用帶式輸送機將小塊礦石運出。但是在掘進過程中如果遇到堅硬巖石，利用鉆頭則無法進行破碎，或是需要花費較長時間破碎，導致巷道掘進受阻。在這種情況下，就需要利用鉆眼爆破技術。其操作方法是在掘進設備不能快速掘進的情況下，使用小直徑的金剛鉆頭，在堅硬巖石上鉆出一個炮眼，將適量的炸藥填充到炮眼中。若巖石體積較大，可連續設置多個炮眼，在保證現場安全的情況下順序起爆。成功爆破后，原本整體巖層裂開，對于小塊礦石可直接清理、運輸，剩余的大塊巖石也能夠使用掘進設備輕易破碎。該方法可作為機械掘進困難情況下的一種輔助手段，炮孔直徑、跑孔間距、裝藥量等都是影響爆破效果的直接因素，需要技術人員根據現場情況具體確定。

2 采礦工程中支護技術的應用

2.1 錨桿支護

錨桿支護是巷道支護中最為常見的一種，其布置方式比較靈活，一種形式是隨著巷道掘進，等間隔布置錨桿，起到支撐作用；還有一種形式是在圍巖變形或裂縫處增設錨桿，起到保證圍巖穩定的效果。隨著錨桿支護技術的發展，桿體材料也在不斷創新，除了常規的鋼質桿體外，近幾年出現了復合玻璃鋼錨桿，其桿體材料主要是玻璃鋼，內端頭是左旋麻花結構。復合玻璃鋼錨桿的外部尺寸在26 mm之內，適用于孔徑范圍在28～32 mm的鉆孔中，需要將錨桿及巖石層面之間的角度控制在75°以上，緊密結合錨固劑安裝錨桿，合理控制攪拌時間，以保證錨桿妥善固定，避免發生中斷現象。

2.2 噴射混凝土支護

在巷道支護中，錨桿多用于局部小范圍的支護。如果礦區地質條件較差或是巷道空間較大，單純使用錨桿進行點狀支護難以達到預期效果。這種情況就需要在錨桿支護的基礎上，配合使用混凝土支護。其方法是在已經完成支護的錨桿上掛網，使鋼筋網覆蓋在巷道兩側的圍巖或上部頂板上，將制備好的混凝土裝入到噴漿機中，以較高的壓力朝巷道圍巖或頂板噴射混凝土。新形成的鋼筋網-混凝土結構能夠起到很好的加固、保護效果，顯著提高巷道空間的安全性。在應用該支護方法時，要注意提前做好支護面的清理，將松動的石塊和表面的浮灰清理干凈，保證混凝土與巷道墻體牢固粘結。混凝土噴射完畢后，要注意做好養護，防止混凝土流掛影響支護效果。

2.3 預留礦柱支護

巷道掘進過程中，選擇一些礦層保存比較完好、整體剛度較大的位置，預留出直徑為50～100 cm的礦柱，以起到臨時支護的效果。預留礦柱支護的優點是降低了支護成本，操作比較簡單；其缺點是煤柱的直徑遠遠超出了錨桿，如果預留煤柱的數量較多，必然會擠占巷道空間。如果分布比較散亂，對采礦作業的效率也有可能造成不利影響。在使用預留礦柱支護技術時，要注意其位置，應避開巷道的回風區、運輸區；其直徑太小則支護能力弱，直徑太大則占用巷道空間。必須科學設計直徑，保障支護安全，減少空間占用。

2.4 可縮性支架支護

根據結構形式的不同，可分為環形、拱形等形狀。相比于普通的支護支架，可縮性支架承載力更大，對巷道頂板的破壞性較小。尤其是當圍巖出現變形、頂板沉降時，可縮性支架與巷道圍巖、頂板接觸的位置不容易出現穿透的情況，支護穩定性更好。先進的可縮性支架具有電子顯示功能，可實時顯示荷載情況，技術人員根據可縮性支架的極限承載力及實時荷載，靈活調節支架，使其保持在最佳的支護狀態。

3 結語

保障巷道掘進效率和巷道支護安全是采礦企業井下管理的關鍵內容，對保障作業連續性、人員安全性及實現企業效益最大化具有直接影響。應結合礦區地質條件和現場情況，靈活選擇巷道掘進方法，同步做好支護工作，營造安全的作業環境，保證井下作業的持續開展。