煤礦采礦工程巷道掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用研究

甄向宇

【摘 要】進(jìn)行煤礦開采工作時(shí)，煤礦巷道掘進(jìn)以及支護(hù)這兩個(gè)步驟占據(jù)關(guān)鍵的地位，但它們?nèi)菀资艿绞┕ぴO(shè)施、環(huán)境以及技術(shù)等方面的影響，引發(fā)眾多的安全隱患，挖掘?qū)儆谑┕み^程中的實(shí)際操控環(huán)節(jié)，其更多的還是對(duì)煤礦進(jìn)行采礦、施工工作，讓地下巷道的規(guī)劃挖掘目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。巷道空間的施工應(yīng)著重針對(duì)四周的煤層和巖體兩方面，借助支撐作用使巷道空間受到保護(hù)，從而更有利于煤炭進(jìn)行運(yùn)輸以及開采工作。

【關(guān)鍵詞】采礦工程;巷道掘進(jìn);支護(hù)技術(shù)

中圖分類號(hào)： TD353;TD263文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）10-0177-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.10.076

挖掘施工的含義為采礦工程施行的過程中，計(jì)劃性地挖掘地下巷道，使用科學(xué)有效的施工方法、措施手段將煤層以及四周巖層破碎，促進(jìn)巷道空間的形成，之后再對(duì)它們展開一定的支護(hù)工作，保證巷道足夠穩(wěn)定，暢通無比，方便實(shí)施煤炭業(yè)的開發(fā)、運(yùn)輸工程，如果要使采礦的全過程足夠安全，能在正常情況下施行，應(yīng)將支護(hù)技術(shù)加以運(yùn)用，掌握巷道掘進(jìn)技術(shù)的實(shí)施準(zhǔn)則，按照實(shí)際的施工環(huán)境選擇對(duì)應(yīng)的支護(hù)方式，確保采礦工程的安全性和質(zhì)量性。

1 采礦工程巷道掘進(jìn)的含義

采礦工程中實(shí)施巷道挖掘工作有多種多樣的方式，譬如錨噴聯(lián)合開挖、大斷面連續(xù)開挖、綜合機(jī)械化開挖等，挖掘方式的不同使得裝備器械、施工要點(diǎn)也存在極大的差異性。在采煤機(jī)和挖掘機(jī)發(fā)展的過程中衍生出一種新的系統(tǒng)，即挖掘與錯(cuò)定一體化的系統(tǒng)，它可以使錨具在挖掘工程中被協(xié)調(diào)地運(yùn)用，提升挖掘工作的效率。所以，它能在采礦工程中被大量運(yùn)用，大斷面連續(xù)開挖指的是運(yùn)用專業(yè)的挖掘設(shè)施實(shí)行挖掘任務(wù)，連續(xù)或間接性的進(jìn)行運(yùn)輸;綜合機(jī)械化開挖則是指使用機(jī)械化掘進(jìn)系統(tǒng)，即通風(fēng)除塵設(shè)施、掘進(jìn)機(jī)、輸送機(jī)組合而成的系統(tǒng)實(shí)施挖掘工作，施工過程中，應(yīng)結(jié)合隧道施工的需求，使用合適的、可實(shí)現(xiàn)功能的挖掘機(jī)型號(hào)，與此同時(shí)，為了確保挖掘工作開展得足夠順利，采礦方要了解挖掘方式的不同運(yùn)用的場景也不盡相同，分析采礦工程的地質(zhì)環(huán)境，按照實(shí)際情況運(yùn)用相應(yīng)的挖掘方法。

2 實(shí)施采礦作業(yè)的工藝技術(shù)

在采礦作業(yè)中，運(yùn)用連采技術(shù)可以提高綜掘速率。所謂連采指的是在煤礦業(yè)連續(xù)不斷、機(jī)械化的采煤方式，機(jī)械化程度水平較高，它促進(jìn)了挖掘、短壁采煤工作的施行，連采工藝技術(shù)主要運(yùn)用采煤機(jī)、錨桿鉆機(jī)完成交替掘進(jìn)、支護(hù)工作。在煤層穩(wěn)定、灰分、硫分含量較少的情況下，沉積環(huán)境會(huì)延緩采掘進(jìn)程，為了確保這種地質(zhì)結(jié)構(gòu)的支護(hù)質(zhì)量，需要減少作業(yè)循環(huán)的進(jìn)程，然而，連采技術(shù)使作業(yè)的進(jìn)程延緩，使得掘進(jìn)施工中調(diào)機(jī)愈加頻繁，在軟媒、軟巖環(huán)境下，連采機(jī)較大的重量直接造成掘進(jìn)巷道的底板被嚴(yán)重破壞，使采礦工程的成本、風(fēng)險(xiǎn)陡然上升，此時(shí)綜掘機(jī)的好處就顯現(xiàn)出來了，它具有較輕的質(zhì)量，既可以進(jìn)行底層挖掘工作，也能完成煤層頂板任務(wù)。從支護(hù)層面來看，實(shí)施錨桿支護(hù)巷道需要認(rèn)真完成支護(hù)工作，連采工藝技術(shù)顯然是無法做到這一點(diǎn)的，因此對(duì)安全產(chǎn)生了極大的威脅，連采工藝技術(shù)大多使用進(jìn)口裝備，具有較高的成本，且磨損頻繁，維護(hù)管理的難度上升，工程成本因此加大;但是綜掘機(jī)價(jià)格便宜、容易采購且易于維護(hù)。連采工藝技術(shù)具有較快的割煤速度、循環(huán)速度，但是一旦多個(gè)設(shè)備同時(shí)工作，極易斷電，延緩?fù)诰虻倪M(jìn)度。

3 采礦工程實(shí)施支護(hù)技術(shù)的意義

伴隨我國社會(huì)的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)水平的穩(wěn)步增長，在各種各樣的礦產(chǎn)上也有不同的需求，且需求量也在不斷上漲，這促進(jìn)了我國礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，礦產(chǎn)開采力度的加大，隨之也帶來更多的安全隱患，人們在開采礦產(chǎn)的安全性方面的重視程度也越來越高，所以采礦工程的支護(hù)技術(shù)、支護(hù)設(shè)施不斷提高，其中支護(hù)技術(shù)的崛起使得頂板的安全性有了保障，通常情況下采礦工程的支護(hù)技術(shù)水平與采礦工程的安全性、效率性息息相關(guān)，特別是在井下進(jìn)行挖掘作業(yè)時(shí)，支護(hù)技術(shù)具有更重要的意義，采礦工程施行時(shí)，通過井下作業(yè)為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，但與此同時(shí)危險(xiǎn)系數(shù)也隨之增加，極易產(chǎn)生礦難的安全隱患，所以進(jìn)行采礦的過程中，應(yīng)結(jié)合采礦的實(shí)際情況運(yùn)用相應(yīng)的支護(hù)技術(shù)，確保采礦工程的安全性，防止出現(xiàn)井下事故，由此可看出在采礦工程中支護(hù)技術(shù)運(yùn)用的實(shí)際意義。

4 采礦工程中巷道掘進(jìn)速度快慢的決定因素

4.1 地質(zhì)環(huán)境

在采礦工程中，決定巷道掘進(jìn)速度快慢的首要條件是地質(zhì)環(huán)境，而且地質(zhì)環(huán)境具有一定的客觀性，無法隨意改變，采礦區(qū)域地質(zhì)環(huán)境中產(chǎn)生褶皺斷層、巖體變硬、儲(chǔ)水增多、裂縫加深等情況，不僅使巷道掘進(jìn)、支護(hù)技術(shù)施行的難度加大，與此同時(shí)工程的安全性應(yīng)面臨巨大的考驗(yàn)，極易產(chǎn)生水患災(zāi)害、瓦斯溢出或冒頂?shù)入[患，因此，采礦工程巷道掘進(jìn)操作正式施行前，一定要全方位查看礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境，運(yùn)用科學(xué)有效的方法進(jìn)行掘進(jìn)。

4.2 巷道圍巖的強(qiáng)度

巷道保護(hù)支撐有沒有效其關(guān)鍵之處在于巷道圍巖堅(jiān)不堅(jiān)硬，如果在錨桿支護(hù)支撐的情況下圍巖的硬度加大，那么從某種程度上來說可以使支撐力度加大，巷道圍巖的強(qiáng)度主要判斷圍巖在地質(zhì)應(yīng)力方面的負(fù)載能力，倘若圍巖的負(fù)載程度較高，在地面壓力較大的情況下，頂板位移的改變也會(huì)縮小，達(dá)到支撐保護(hù)的效果，因此在巷道圍巖掘進(jìn)工程中應(yīng)運(yùn)用錨桿支護(hù)技術(shù)，著重考慮圍巖的強(qiáng)度。

5 巷道掘進(jìn)的施工措施

在現(xiàn)有階段，巷道錨桿支護(hù)具有良好的系統(tǒng)性，包括支護(hù)方案的設(shè)計(jì)、地形勘察、機(jī)械材料的選擇、作業(yè)質(zhì)量的評(píng)估等方面，勘察地形時(shí)應(yīng)將圍巖的強(qiáng)度、應(yīng)力以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等加以結(jié)合在進(jìn)行勘測，獲得對(duì)應(yīng)礦區(qū)的圍巖強(qiáng)度、應(yīng)力大小、結(jié)構(gòu)性能等數(shù)據(jù)，使巷道支護(hù)有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)作支撐。針對(duì)勘察的結(jié)果，應(yīng)按照實(shí)際的地質(zhì)情況設(shè)計(jì)不同的科學(xué)工作方案;將圍巖結(jié)構(gòu)性質(zhì)、作業(yè)設(shè)施、支護(hù)材料進(jìn)行有效率的管理，保證施工全過程的順利進(jìn)行。在工程巷道施工掘進(jìn)過程中進(jìn)行針眼爆破工作，按照巷道的規(guī)劃設(shè)計(jì)，做好施工準(zhǔn)備活動(dòng)，運(yùn)用盡可能多的電鉆裝置進(jìn)行施工作業(yè)，著重分析運(yùn)用的施工技術(shù)，使炮眼在合理的深度挖掘前進(jìn)，煤電鉆的運(yùn)用可確保煤層的深度、炮眼的距離在合適的范圍內(nèi)，從施工人員的角度來說，初期應(yīng)把炮眼的距離設(shè)置得足夠合理，結(jié)合實(shí)際情況確定炮眼的位置，從根本上保證炮眼的位置足夠精準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上才能落實(shí)相關(guān)規(guī)定。巖巷道、媒巖層具有相同的特性，因此它們都使用單向槽的方式進(jìn)行挖掘工作，針對(duì)挖掘過程中炮眼較深這一問題，應(yīng)從實(shí)際情況出發(fā)看挖掘的整個(gè)過程。在炮眼斷面較小的情況下，通常使用復(fù)合型掏槽掘進(jìn)的方式，如果炮眼在軟煤層，則需要相關(guān)的施工者進(jìn)行設(shè)置，掏槽個(gè)數(shù)設(shè)置為三個(gè)，傾斜角設(shè)置在六十至九十之間;如果軟煤層斷面不大，此時(shí)炮眼的設(shè)置是沒有作用力的，鉆眼爆破實(shí)施正常，資源開采正常的情況下應(yīng)將裝煤工作順利完成，裝煤工作既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，施工時(shí)需要借助裝煤機(jī)完成工作，這種裝煤機(jī)具有良好的持續(xù)性、高效性以及靈活性，應(yīng)在斷面運(yùn)輸?shù)那闆r下加以運(yùn)用。

6 采礦工程巷道支護(hù)技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵

6.1 掌握臨時(shí)支護(hù)技術(shù)的關(guān)鍵

臨時(shí)支護(hù)技術(shù)的目的在于滿足采礦工程巷道掘進(jìn)工作因臨時(shí)特殊情況而實(shí)行的支護(hù)任務(wù)，要使臨時(shí)支護(hù)的質(zhì)量有所保障，應(yīng)明確使用的支護(hù)材料。支護(hù)材料的差異性使得各自的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)也各有千秋，使用材料足夠科學(xué)合理，臨時(shí)支護(hù)的質(zhì)量才能得到保證，譬如，臨時(shí)支護(hù)中使用木支架可以降低質(zhì)量，使加工更加容易，安裝更加簡便，但是木支架具有較差的強(qiáng)度、防護(hù)性能;而金屬材質(zhì)的拆裝迅速，強(qiáng)度較高，可重復(fù)進(jìn)行使用，但是它也有一個(gè)缺點(diǎn)就是成本更高，從以上事例可知，支護(hù)材料的選擇應(yīng)綜合安全性能、經(jīng)濟(jì)性能以及實(shí)施性能三方面進(jìn)行考慮，與此同時(shí)，臨時(shí)支護(hù)工作中的支護(hù)細(xì)節(jié)要一一確認(rèn)，施工者應(yīng)遵循支護(hù)的規(guī)章制度、流程完成作業(yè)，尤其是檢查支護(hù)質(zhì)量方面，不能將受損的支護(hù)材料應(yīng)用于施工工程中。

6.2 掌握永久支護(hù)技術(shù)的關(guān)鍵

6.2.1 錨桿支護(hù)技術(shù)

巷道永久支護(hù)中使用錨桿技術(shù)確保施工質(zhì)量的同時(shí)，還要注意以下幾點(diǎn)：第一，計(jì)算并分析錨桿桿體抗拉、抗剪性能，確保錨桿性能與要求一一對(duì)應(yīng);第二，根據(jù)巷道種類和支護(hù)要求的不同，確定最合適的錨桿長度，為避免托板產(chǎn)生形變，產(chǎn)生事故，可增大托板的厚度，使托板的抗形變力增強(qiáng);第三，使用動(dòng)態(tài)監(jiān)測的方法，將存在的問題改正，提高錨桿支護(hù)的質(zhì)量。

6.2.2 礦用支護(hù)型鋼

巷道斷面中使用礦用支護(hù)型鋼具有較高的韌性、抗壓性，在很多地方加以運(yùn)用，挖掘煤礦井下巷道時(shí)需要支護(hù)架承擔(dān)負(fù)載力以及推動(dòng)力，在使用后應(yīng)綜合分析負(fù)載力、截面抵抗矩的數(shù)值大小，確保兩者足夠接近，以此提升支護(hù)架的應(yīng)用力。

6.2.3 混凝土支護(hù)技術(shù)

將噴射的混凝土制作混凝土支架的方法稱為混凝土支護(hù)技術(shù)，結(jié)合錨桿支護(hù)技術(shù)可顯著提升圍巖的固定性，但要注意以下幾個(gè)方面：第一，混凝土噴射裝備布置足夠合理，它決定了支護(hù)工作的質(zhì)量;第二，遵循相關(guān)流程完成作業(yè)，保證每一個(gè)細(xì)節(jié)的嚴(yán)謹(jǐn)性。

6.2.4 支架的可收縮性

支架的塑性形變影響著它的負(fù)載力，因此實(shí)際進(jìn)行操作的過程中，通常來說煤礦巷道的承載能力接近極限承載力，為確保其工作狀態(tài)的良好性，應(yīng)測量極限值，縮小實(shí)際承載力和極限力的差距，保證支架在最好的狀態(tài)下進(jìn)行工作。

6.2.5 預(yù)制鋼筋混凝土支護(hù)技術(shù)

使用這一技術(shù)的支架具有較高的強(qiáng)度，且成本不高，但是自身的重量較大，缺乏伸縮能力，因此運(yùn)用于巷道支護(hù)的前探梁中。

7 結(jié)語

綜上所述，在采礦工程的施工過程中，工程的開展與巷道掘進(jìn)、支護(hù)關(guān)系緊密，應(yīng)加大對(duì)它們的研究力度，結(jié)合先前的施工經(jīng)驗(yàn)，保證煤炭業(yè)朝著更安全、高效的方向發(fā)展，使開采的煤炭的質(zhì)量穩(wěn)步提升。

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