采礦工程中巷道掘進和支護技術(shù)研究

龐萬軍

(寶清縣煤礦駐礦安全監(jiān)督員服務中心，黑龍江 寶清 155600)

巷道掘進與支護是采礦作業(yè)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(fā)育、地下水位較高等復雜特殊的地質(zhì)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(yè)人員的安全，這是提升采礦企業(yè)經(jīng)濟效益的有效舉措。在新技術(shù)、新設(shè)備的支持下，巷道掘進與支護技術(shù)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(shù)的操作方法和適用條件都不同，采礦人員應根據(jù)現(xiàn)場情況合理選擇，加強現(xiàn)場技術(shù)控制，確保采礦作業(yè)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(nèi)部運輸?shù)降孛?。通風設(shè)備、除塵設(shè)備等同步作業(yè)，為巷道掘進創(chuàng)設(shè)良好環(huán)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(zhuǎn)載、輸送等工序分別由不同的機械設(shè)備來完成，如果其中一臺設(shè)備出現(xiàn)故障，將會導致掘進工作停止，穩(wěn)定性較差。

1.2 連續(xù)采礦機快速掘進

該方法是在綜合機械化掘進的基礎(chǔ)上加以改良，使掘進、轉(zhuǎn)載、運輸三道原本相互分離的工序?qū)崿F(xiàn)一體化作業(yè)。配套設(shè)備包括一體式連續(xù)采礦機、錨桿機、梭車、鏟車等。其中，一體式連續(xù)采礦機為核心裝置，能夠以較高速度完成礦層破碎，位于設(shè)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(nèi)置的輸送帶將其運輸?shù)窖b置的尾端。在一體式連續(xù)采礦機的后面，緊跟一臺梭車，將礦石及時從地下運輸?shù)降孛?。該掘進方法的優(yōu)點是支持快速、連續(xù)掘進，顯著提高了巷道掘進效率；缺點是一體式連續(xù)采礦機的成本較高，占地面積較大，對作業(yè)環(huán)境要求較高。

1.3 掘錨一體化技術(shù)

上述兩種巷道掘進技術(shù)除了使用掘進設(shè)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(shù)則是在掘進機上搭載錨桿鉆機，實現(xiàn)了巷道掘進與支護的同步作業(yè)，對保障掘進作業(yè)的安全性發(fā)揮了顯著作用。我國的掘錨一體化技術(shù)已較為成熟，常用的有煤炭科學研究總院研發(fā)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(shù)的應用優(yōu)勢主要體現(xiàn)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(shè)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(shù)。其操作方法是在掘進設(shè)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(xù)設(shè)置多個炮眼，在保證現(xiàn)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(shè)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(shù)人員根據(jù)現(xiàn)場情況具體確定。

2 采礦工程中支護技術(shù)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(shè)錨桿，起到保證圍巖穩(wěn)定的效果。隨著錨桿支護技術(shù)的發(fā)展，桿體材料也在不斷創(chuàng)新，除了常規(guī)的鋼質(zhì)桿體外，近幾年出現(xiàn)了復合玻璃鋼錨桿，其桿體材料主要是玻璃鋼，內(nèi)端頭是左旋麻花結(jié)構(gòu)。復合玻璃鋼錨桿的外部尺寸在26 mm之內(nèi)，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(jié)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(fā)生中斷現(xiàn)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(qū)地質(zhì)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(chǔ)上，配合使用混凝土支護。其方法是在已經(jīng)完成支護的錨桿上掛網(wǎng)，使鋼筋網(wǎng)覆蓋在巷道兩側(cè)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(wǎng)-混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)?；炷羾娚渫戤吅螅⒁庾龊灭B(yǎng)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(yōu)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(shù)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(yè)的效率也有可能造成不利影響。在使用預留礦柱支護技術(shù)時，要注意其位置，應避開巷道的回風區(qū)、運輸區(qū)；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(shè)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(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為環(huán)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(xiàn)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(xiàn)穿透的情況，支護穩(wěn)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(shù)人員根據(jù)可縮性支架的極限承載力及實時荷載，靈活調(diào)節(jié)支架，使其保持在最佳的支護狀態(tài)。

3 結(jié)語

保障巷道掘進效率和巷道支護安全是采礦企業(yè)井下管理的關(guān)鍵內(nèi)容，對保障作業(yè)連續(xù)性、人員安全性及實現(xiàn)企業(yè)效益最大化具有直接影響。應結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)條件和現(xiàn)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(yè)環(huán)境，保證井下作業(yè)的持續(xù)開展。