采礦工程巷道掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)的應(yīng)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(jìn)技術(shù)概述

1.1 常見(jiàn)的掘進(jìn)方式分析

首先，站在綜合機(jī)械化掘進(jìn)模式下來(lái)看，在實(shí)際操作過(guò)程中，就是由人員整合供電系統(tǒng)或者是多個(gè)部門(mén)的共同協(xié)作下，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境差異，確定好掘進(jìn)設(shè)備的型號(hào)以及類型。而操作人員所開(kāi)展的大斷面連續(xù)掘進(jìn)工作，就是靈活的調(diào)整間斷式與連續(xù)式幾種運(yùn)輸模式，借助專業(yè)的操作設(shè)備，在大斷面巷道當(dāng)中能夠達(dá)到極高的掘進(jìn)效率，與綜合機(jī)械化掘進(jìn)方式進(jìn)行比較，此時(shí)需要操作人員控制好掘進(jìn)的速度等參數(shù)。操作人員掘進(jìn)期間，最常見(jiàn)的使用設(shè)備就是掘進(jìn)機(jī)，統(tǒng)籌規(guī)劃好掘進(jìn)與錨固作業(yè)之間的平衡，在最短的操作時(shí)間內(nèi)，高效率的完成掘進(jìn)工作，目前而言，大多數(shù)采礦工作都選擇了此種掘進(jìn)模式[1-3]。

1.2 注重瓦斯排放工作

在當(dāng)前我國(guó)大多數(shù)地區(qū)實(shí)施采礦工程巷道掘進(jìn)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)高濃度瓦斯現(xiàn)象，在引發(fā)安全問(wèn)題的前提下，對(duì)掘進(jìn)效率產(chǎn)生了很大的影響。面對(duì)該種問(wèn)題，在井下開(kāi)展巷道掘進(jìn)作業(yè)環(huán)節(jié)當(dāng)中，就要求人員從意識(shí)上對(duì)此種問(wèn)題提高關(guān)注，降低后期瓦斯過(guò)高引發(fā)安全事故。因此煤礦應(yīng)該結(jié)合實(shí)際巷道條件，設(shè)置針對(duì)性的通風(fēng)體系，確保及時(shí)排出掘進(jìn)過(guò)程中涌出的大量瓦斯，防止瓦斯積聚。另外，還應(yīng)該安排專業(yè)技術(shù)人員，借助專業(yè)的設(shè)備，時(shí)刻對(duì)瓦斯?jié)舛葘?shí)施全程觀測(cè)，當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^(guò)標(biāo)準(zhǔn)范圍時(shí)，必須要求操作人員立刻停止掘進(jìn)，將瓦斯?jié)舛冉档偷皆试S范圍之內(nèi)再開(kāi)始掘進(jìn)操作。

1.3 巷道支護(hù)

在采礦工程巷道掘進(jìn)過(guò)程中，巷道支護(hù)作為核心部分，在實(shí)際操作環(huán)節(jié)當(dāng)中，需要技術(shù)人員先對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查分析，然后制定合理的巷道支護(hù)施工方案，在選擇好針對(duì)性支護(hù)手段的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格按照方案進(jìn)行施工，才能夠保證整個(gè)巷道的支護(hù)質(zhì)量。面對(duì)當(dāng)前多種類型的巷道支護(hù)技術(shù)，只有選擇適合本礦井的巷道掘進(jìn)與支護(hù)方式，才能確保整個(gè)巷道的支護(hù)質(zhì)量要求，才能夠有效的保護(hù)好操作人員的人身安全，進(jìn)而為采礦工作穩(wěn)定發(fā)展提供有力支撐。

1.4 掘進(jìn)技術(shù)要點(diǎn)

通過(guò)現(xiàn)實(shí)調(diào)查可以看出，針對(duì)我國(guó)采礦企業(yè)巷道掘進(jìn)處理環(huán)節(jié)當(dāng)中，通過(guò)使用的就是光面爆破技術(shù)，站在該種掘進(jìn)手段下，主要涵蓋輪廓線、預(yù)裂法、修邊法等多方面的光面爆破技術(shù)，操作人員在運(yùn)用過(guò)程中，首先，需要先對(duì)采礦環(huán)境進(jìn)行深入的勘察，對(duì)每個(gè)區(qū)域設(shè)置上爆破眼的同時(shí)，還應(yīng)該保證藥量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，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(shí)間范圍，真正實(shí)現(xiàn)接下來(lái)巷道掘進(jìn)操作的順利實(shí)施。

2 采礦巷道掘進(jìn)施工中支護(hù)技術(shù)要點(diǎn)的分析

2.1 臨時(shí)性支護(hù)技術(shù)要點(diǎn)分析

所謂的臨時(shí)性支護(hù)技術(shù)，主要就是在巷道掘進(jìn)過(guò)程中，出于頂板及人身安全的需求下，進(jìn)而所確定的臨時(shí)性巷道支護(hù)工作。比如，按照某地區(qū)采礦工程巷道掘進(jìn)的進(jìn)度，此時(shí)操作人員可以借助機(jī)組前探梁支護(hù)，以便施工人員進(jìn)行永久支護(hù)工作。通過(guò)臨時(shí)性的支護(hù)方式，不僅能夠保證操作人員的安全，而且操作簡(jiǎn)潔快速，大大節(jié)省整個(gè)工序所需時(shí)間，該種支護(hù)是目前掘進(jìn)作業(yè)最常見(jiàn)的臨時(shí)支護(hù)形式。除此之外，當(dāng)前大多數(shù)采礦工作，所開(kāi)展的臨時(shí)性支護(hù)結(jié)構(gòu)，也會(huì)應(yīng)用金屬支架加以處理，該種方式有著良好的強(qiáng)度特點(diǎn)，再加上能夠快速的安裝以及重復(fù)利用等效果，近年來(lái)大多數(shù)煤礦對(duì)其有著極高的關(guān)注。最為關(guān)鍵的是，該種方式也可以當(dāng)作是永久性的支護(hù)結(jié)構(gòu)。采礦工程企業(yè)所選擇的支護(hù)結(jié)構(gòu)，不管是臨時(shí)性還是永久性的方式，都應(yīng)該要與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等方面相吻合，在支護(hù)結(jié)構(gòu)承受時(shí)間當(dāng)中，合理的選擇高性能的支護(hù)材料，希望能夠在最少的經(jīng)濟(jì)成本投入下，充分的凸顯出臨時(shí)性支護(hù)結(jié)構(gòu)的使用價(jià)值[4,5]。

2.2 永久性支護(hù)技術(shù)要點(diǎn)分析

除了臨時(shí)性支護(hù)工作以外，巷道支護(hù)最重要的支護(hù)為永久支護(hù)。目前永久性支護(hù)技術(shù)主要有以下幾方面：①錨桿支護(hù)技術(shù)，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)中體現(xiàn)出了良好的支護(hù)價(jià)值，進(jìn)而得到了行業(yè)人士的廣泛運(yùn)用。煤礦所開(kāi)展的巷道支護(hù)工作，應(yīng)用錨桿支護(hù)技術(shù)，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(guò)程中極高的安全性。通常情況下，該種支護(hù)技術(shù)主要涵蓋頂板與煤幫兩種錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)，因?yàn)榫哂胁町愋缘男阅芤约靶吞?hào)等特點(diǎn)，這就決定了有著多樣化的支護(hù)形式。比如復(fù)合玻璃鋼錨桿，主要使用的材料就是玻璃鋼，有著良好的強(qiáng)度性能，內(nèi)端頭則以左旋麻花結(jié)構(gòu)為主，其錨桿桿體的外部尺寸最大不超過(guò)26mm，因而在孔徑28mm～32mm的鉆孔中采用，此時(shí)保證錨桿和巖壁達(dá)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(guò)程中，也應(yīng)該整合錨固劑的作用，嚴(yán)格規(guī)劃好攪拌的周期，保證一次錨固徹底以外，降低過(guò)程中斷問(wèn)題的出現(xiàn)。②錨索支護(hù)方式，一方面能夠很好的發(fā)揮出在巖層表面上的使用價(jià)值，另一方面也能夠更好的幫助人員開(kāi)展巖層內(nèi)部的支護(hù)處理。最為關(guān)鍵的是，采礦人員借助錨索支護(hù)方式進(jìn)行處理，能夠保證巖層結(jié)構(gòu)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(guò)現(xiàn)實(shí)調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，此支護(hù)工作的進(jìn)行，往往需要借助專用托盤(pán)，整合具有較強(qiáng)性能標(biāo)準(zhǔn)的錨索設(shè)備，維持支護(hù)過(guò)程更具效率性的基礎(chǔ)上，自然也能夠獲取到理想的支護(hù)結(jié)果?？傊?yàn)殄^索支護(hù)方式體現(xiàn)出來(lái)的較多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越受到行業(yè)人士的推廣與應(yīng)用。③錨、網(wǎng)、噴支護(hù)，錨、網(wǎng)、噴支護(hù)是先對(duì)巷道采用錨桿、錨索、錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)后，再對(duì)巷道進(jìn)行噴漿的一種綜合支護(hù)方式，該種支護(hù)形式安全系數(shù)高，且適應(yīng)性強(qiáng)，幾乎適用于所有掘進(jìn)巷道，該種支護(hù)方式的弊端就是工序繁瑣，相對(duì)經(jīng)濟(jì)投入大，因此在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，需要秉持因地制宜理念，做好現(xiàn)場(chǎng)情況分析以后，在對(duì)地質(zhì)條件復(fù)雜、巷道質(zhì)量要求高的情況下可以選擇該種支護(hù)方式，例如井下專用回風(fēng)巷、水平大巷等為整個(gè)礦井服務(wù)的開(kāi)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(jiǎn)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(duì)較為簡(jiǎn)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(jìn)，工作面設(shè)計(jì)長(zhǎng)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(jìn)機(jī)（設(shè)計(jì)爬坡能力為±18°），配備安裝DSJ650可伸縮帶式輸送機(jī)。工作面采用錨索+錨桿+錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，煤層破碎區(qū)采用礦用工字鋼棚加強(qiáng)支護(hù)。

4 掘進(jìn)的制約因素

（1）由于E8104、E8106這2個(gè)工作面，4條順槽均遇到地質(zhì)構(gòu)造，要么煤層變薄、要么煤層尖滅而停止掘進(jìn)，都沒(méi)超過(guò)1000m，因而前期掘進(jìn)至1000m時(shí)地質(zhì)情況不明。

（2）由于E8202工作面下順槽地質(zhì)情況相對(duì)較為復(fù)雜，自西向東沿巷道走向8#煤層呈“V”形向斜構(gòu)造。該向斜發(fā)育主要對(duì)E8202下順槽掘進(jìn)工程造成影響。E8202下順槽巷道坡度0m～800m呈下坡趨勢(shì)（平均坡度為-9°），800m～1400m呈上坡趨勢(shì)（平均坡度為+19°，最大坡度為+25°，超過(guò)該工作面EBZ100E型綜掘機(jī)±18°的爬坡能力）。會(huì)形成掘進(jìn)機(jī)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(duì)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(zhǎng)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(kāi)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?。ㄗ畋√幟簩雍穸葹?.8m～2.0m，甚至?xí)霈F(xiàn)尖滅）。（見(jiàn)圖1），由于煤厚變薄，造成綜掘機(jī)遇到巖石割不動(dòng)現(xiàn)象。

圖1 E8202 工作面 8＃煤層厚度分析圖

5 掘進(jìn)施工方案及技術(shù)措施

（1）采取邊掘進(jìn)邊探邊分析原則：由于附近地質(zhì)鉆孔較少，結(jié)合當(dāng)時(shí)工作面的產(chǎn)狀和礦區(qū)邊界（北17-7#）鉆孔資料，進(jìn)行剖面分析，重新確定掘進(jìn)方位；然后在工作面利用ZLJ-650鉆機(jī)分上中下3個(gè)孔進(jìn)行鉆探80m取得相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合E8104、E8106、E8202上順槽的煤層產(chǎn)狀作剖面圖，進(jìn)行綜合分析，及時(shí)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(jìn)時(shí)不會(huì)丟掉煤層。

（2）E8202下順槽掘進(jìn)過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行“逢掘必探”制度，采用超前鉆探的形式探測(cè)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(cè)到煤層情況及時(shí)調(diào)整掘進(jìn)坡度，既可以保證掘進(jìn)機(jī)可以掘進(jìn)（掘進(jìn)坡度在20°以下），又能整體沿煤層底板掘進(jìn)，如有異常進(jìn)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(jié)合三維地震煤厚地質(zhì)資料，預(yù)測(cè)掘進(jìn)后期的地質(zhì)情況。地測(cè)技術(shù)人員的地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和原始地質(zhì)資料收集分析，在E8202下順槽的掘進(jìn)時(shí)，無(wú)論煤層厚薄，都有效地避免了掘進(jìn)機(jī)割硬巖，為掘進(jìn)工作提供了很好的技術(shù)指導(dǎo)。

（3）通過(guò)E8202工作面地質(zhì)情況分析，E8202下順槽掘進(jìn)工作面掘進(jìn)至1000m時(shí)，E8202下順槽將以平均+19°、最大+25°坡度上坡掘進(jìn)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(jī)±18°的爬坡能力，出現(xiàn)打滑、倒退等情況。且E8202下順槽掘進(jìn)工作面1044m拐彎處巷道坡度將繼續(xù)加大，對(duì)工作面的安全施工帶來(lái)較大影響。經(jīng)過(guò)計(jì)算和試驗(yàn)，E8202下順槽掘進(jìn)過(guò)程中，通過(guò)利用綜掘機(jī)自身的液壓系統(tǒng)，在綜掘機(jī)的兩側(cè)后支撐處分別安設(shè)1組液壓油缸，通過(guò)液壓操作閥與綜掘機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行連接，作為綜掘機(jī)前移及防止綜掘機(jī)下滑的輔助動(dòng)力；掘進(jìn)正規(guī)循環(huán)的過(guò)程中，通過(guò)將綜掘機(jī)后支撐及鏟板墊高，綜掘機(jī)兩旁油缸拉緊，利用懸空的綜掘機(jī)履帶作為動(dòng)力，采用鋼絲繩將帶式輸送機(jī)機(jī)尾與履帶進(jìn)行連接，通過(guò)履帶的轉(zhuǎn)動(dòng)促使帶式輸送機(jī)機(jī)尾前移。

（4）為減小E8202下順槽掘進(jìn)工作面巷道坡度和爬坡距離，將E8202工作面拐彎點(diǎn)由1044m調(diào)整到1355m。經(jīng)過(guò)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(jìn)機(jī)工作負(fù)荷。降低了地質(zhì)構(gòu)造帶的坡度（見(jiàn)圖2）

圖2 E8202工作面掘進(jìn)方案調(diào)整示意圖

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本項(xiàng)目以120m/月的推進(jìn)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(chǔ)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(jìn)的類似工程難題提供了參考。