煤礦巷道掘進(jìn)施工與支護(hù)技術(shù)探究

馬玉林 高玉龍 張紅軍

摘 要：煤礦施工過程中，巷道的掘進(jìn)和支護(hù)十分重要。掘進(jìn)施工和支護(hù)技術(shù)必須具有很高的技術(shù)專業(yè)性，以保證采掘生產(chǎn)安全。通過對煤礦巷道掘進(jìn)施工和支護(hù)技術(shù)進(jìn)行探究，更好地解決煤礦巷道掘進(jìn)問題，提升煤礦開采效率。

關(guān)鍵詞：煤礦開采;巷道支護(hù);掘進(jìn)施工

中圖分類號：TD3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-1064（2021）08-100-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.08.050

煤礦開采受到地質(zhì)條件、設(shè)備應(yīng)用、環(huán)境因素、技術(shù)選擇、人員素質(zhì)等因素的影響，為了確保煤礦采掘效率，提高開采效益，對巷道掘進(jìn)施工和支護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究十分必要。通過優(yōu)化改善采掘和支護(hù)技術(shù)，減少采掘過程中風(fēng)險因素的干擾，減少頂板裸露時間，降低人工作業(yè)風(fēng)險，提升施工安全性。

1 巷道掘進(jìn)施工和支護(hù)技術(shù)

煤礦焊道掘進(jìn)施工是煤礦生產(chǎn)建設(shè)中的重要組成部分，采取一定措施和伙房對巖石進(jìn)行爆破，形成合理的巷道空間，并采取支護(hù)技術(shù)，為采煤生產(chǎn)提供良好的條件。巷道掘進(jìn)施工技術(shù)中通常采用鉆眼爆破技術(shù)，爆破深度由施工技術(shù)和施工組織決定。布置炮眼要注意炮眼間隔距離，考慮煤層強(qiáng)度因素。掏槽作業(yè)可采用單項掏槽技術(shù)，如果是炮眼較深的掏槽，可采用復(fù)合式掏槽方式，提高掏槽效率。如果遇到軟煤夾層，掏槽要在軟煤帶進(jìn)行。如果斷面過小，減少輔助炮眼。煤礦巷道斷面要滿足裝煤作業(yè)的需求，采用裝煤機(jī)和裝載機(jī)相結(jié)合的裝煤方式，提升裝煤效率。如果斷面過小，考慮到裝載條件，可選擇小型裝載機(jī)械裝煤[1]。

煤礦巷道支護(hù)最常見的是錨桿支護(hù)技術(shù)，錨桿支護(hù)應(yīng)保證錨固區(qū)的圍巖處于壓力下，減少對圍巖的拉力，防范和控制離層現(xiàn)象和裂縫變形。錨桿支護(hù)的強(qiáng)度是評價支護(hù)質(zhì)量的重要指標(biāo)，預(yù)應(yīng)力應(yīng)符合工藝要求。錨桿支護(hù)中，預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散是降低支護(hù)強(qiáng)度的主要因素之一，采用金屬網(wǎng)、鋼帶等構(gòu)件，與錨桿結(jié)合，提升支護(hù)體系的預(yù)應(yīng)力。

2 巷道掘進(jìn)施工與支護(hù)技術(shù)中存在的問題

煤礦巷道掘進(jìn)施工的爆破大多采用鉆爆法，施工效率低，很容易對巖體產(chǎn)生大的影響。在鉆爆施工環(huán)節(jié)，如何合理控制藥量是影響施工效果的重要因素，這也是施工的難點。在施工中，藥量控制不合理，爆炸點位布置不正確，都會影響巷道施工效果[2]。

巷道掘進(jìn)施工受到地理地質(zhì)條件等環(huán)境因素的影響，施工人員要對煤層頂板支護(hù)技術(shù)進(jìn)行合理設(shè)計，根據(jù)實際面臨的情況制定和采取措施。由于不同煤礦的地理位置不同，地質(zhì)構(gòu)造也有差異，要根據(jù)實際情況改進(jìn)掘進(jìn)施工和支護(hù)技術(shù)，適應(yīng)實際環(huán)境的需求。遇到褶曲斷層的地質(zhì)構(gòu)造情況時，煤層厚度變化劇烈，需要采用更加精細(xì)化的掘進(jìn)施工和支護(hù)技術(shù)。一旦支護(hù)技術(shù)不當(dāng)，支護(hù)穩(wěn)定性不足，將導(dǎo)致煤礦巷道坍塌垮落，極易發(fā)生生產(chǎn)安全事故。

煤礦巷道圍巖的穩(wěn)定性差，尤其是圍巖結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的情況下，不僅掘進(jìn)施工和支護(hù)難度大，而且很容易出現(xiàn)移位或變形的情況。如果缺乏有效的安全技術(shù)措施，將損壞巷道。煤礦巷道巖層松軟的情況下，對巷道支護(hù)技術(shù)的安全性要求也較高，如果支護(hù)技術(shù)的安全性不夠，沒有妥善的安全防范措施，就難以滿足巷道施工的安全性要求。圍巖巖體在施工中容易變形，如在掘進(jìn)施工中，巖體遇水，巷道承受壓力增大，發(fā)生膨脹變形，損壞支護(hù)結(jié)構(gòu)。此外，在巷道掘進(jìn)施工中，因外界水文或地質(zhì)等因素的影響，煤層頂板處容易發(fā)生脫落，巖層容易出現(xiàn)片幫，發(fā)生頂板裂縫的問題，這些都會影響巷道施工的安全性，導(dǎo)致嚴(yán)重的冒頂事故。

3 巷道掘進(jìn)施工技術(shù)應(yīng)用分析

巷道掘進(jìn)過程中可采用深孔搭配的方式，在不同角度上進(jìn)行斜眼掏槽。注意抓好兩頭，然后帶動中間爆破，這樣布置爆破孔的方式可以提升循環(huán)進(jìn)尺和炮眼利用率，得到較好的爆破效果。爆破過程中要嚴(yán)格控制爆破鉆數(shù)、鉆眼深度、鉆眼角度、炸藥的類型，嚴(yán)格計算炸藥藥量，不能偷工減料，也不能過量，嚴(yán)格遵循爆破標(biāo)準(zhǔn)，保證爆破技術(shù)效果，保證生產(chǎn)施工安全。在爆破循環(huán)作業(yè)中，要對多個環(huán)節(jié)進(jìn)行統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，提升施工作業(yè)的整體效率[3]。

巷道掘進(jìn)應(yīng)選擇適宜的設(shè)備。一方面，要考慮施工作業(yè)環(huán)境，如礦區(qū)實際情況、自然條件因素等，包括整個礦層的承載力，根據(jù)承載力的高低確定掘進(jìn)施工技術(shù)。如果施工作業(yè)巖層硬度高，必須選擇耐磨硬度高的截齒設(shè)備。另一方面，要盡量為掘進(jìn)施工創(chuàng)造最有利的條件。掘進(jìn)施工中，與巖層接觸的主要部件是截齒，這個部位是承載外部沖擊力最大的部件，是最容易故障和損耗的部件。在與巖層的摩擦過程中，截齒溫度會急速上升，所以必須選擇耐高溫耐磨損的材質(zhì)。另外，掘進(jìn)施工選用濕式作業(yè)的方式，不僅能夠解決截齒溫度升高的問題，而且可以降低環(huán)境污染，提高掘進(jìn)施工效率。

傳統(tǒng)煤礦掘進(jìn)施工的運輸方式主要是絞車，運輸效率低，人力成本高。近年來，膠帶運輸?shù)姆绞绞窃絹碓蕉嗝旱V企業(yè)的選擇。利用膠帶輸送設(shè)備以水平緩沖矸石倉的方式實現(xiàn)煤炭和設(shè)備的運輸，對工作人員、矸石進(jìn)行分離，并與其他設(shè)備連接使用，可以提升運輸效率，且人力成本更低，操作十分方便，有效提升矸石輸送穩(wěn)定性、安全性。

巷道掘進(jìn)過程中，降塵和通風(fēng)技術(shù)是施工生產(chǎn)安全和環(huán)保的基礎(chǔ)保障。降塵防塵主要包括注水降塵、噴霧降塵、除塵器降塵。注水降塵是在煤層源頭處防止粉塵產(chǎn)生，在煤層的孔中注入壓力水，滲透進(jìn)煤層。這種方式要注意應(yīng)用條件，當(dāng)煤層含水量較高或過低時，注水效果不明顯，防塵效果不理想。在煤層開采前，可在鉆頭上加水，增加煤層含水量。除塵器的類型越來越多，包括機(jī)械除塵器、濕式除塵器、電動除塵器、過濾除塵器等。目前，應(yīng)用較為普遍的是除塵風(fēng)機(jī)，除塵效果好，但其設(shè)備體積大，占地面積多，維護(hù)不方便。不同施工環(huán)節(jié)的除塵側(cè)重點不同，掘進(jìn)施工中應(yīng)注意風(fēng)量調(diào)節(jié)，確保除塵設(shè)備與煤礦巷道掘進(jìn)實際情況相結(jié)合。為提高防塵效果，可將防塵網(wǎng)設(shè)置在驅(qū)動單元車廂上，使防塵裝置和掘進(jìn)裝置同步進(jìn)行，提高防塵及時性。在巷道支護(hù)作業(yè)中，可采用除塵器進(jìn)行除塵。將除塵器安裝在噴射器的后方，利用除塵器吸附巷道空氣中的煤塵。如果除塵設(shè)備距離施工作業(yè)地點較遠(yuǎn)，為提高對煤塵吸附的有效性，要設(shè)置凈化水幕。此外，在施工物料進(jìn)入到井下前，先用水濕潤，減少設(shè)備運行時煤塵升揚(yáng)。

4 巷道支護(hù)技術(shù)應(yīng)用分析

巷道支護(hù)主要技術(shù)包括混凝土支護(hù)、錨桿支護(hù)、管棚支護(hù)。

混凝土支護(hù)是使用混凝土材料，通過噴射工藝對巷道周圍的巖層加固，施工過程要注意施工距離的合理設(shè)計。先將混凝土噴射在錨桿周圍，然后進(jìn)行復(fù)噴。噴射混凝土的距離和噴射面積要嚴(yán)格符合施工技術(shù)要求。還可以采用混凝土砌塊的方式進(jìn)行支護(hù)。但是這種支護(hù)成本較高。當(dāng)巖層發(fā)生改變時，混凝土支護(hù)技術(shù)的效果往往不理想。這種支護(hù)技術(shù)受到條件的很多限制，在一些特殊情況中可采用。

在巷道周圍巖層加入錨桿，起到對周圍巖層加固的作用，錨桿支護(hù)可以有效緩解巷道周邊壓力，而且優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如果巖層為層狀結(jié)構(gòu)，可以采用組合錨桿支護(hù)技術(shù)，如懸吊時加固支護(hù)模式，大大提升巖層穩(wěn)定性。組合梁錨桿支護(hù)技術(shù)是在巖石層的巷道中進(jìn)行多層加固，使巷道環(huán)境更加穩(wěn)定。錨桿支護(hù)是目前應(yīng)用最廣泛的一種支護(hù)技術(shù)。

管棚支護(hù)是在巷道挖掘前，在作業(yè)區(qū)的地面和孔一致的位置埋設(shè)好管道，要注意測量和布局規(guī)劃，避免埋管道時出現(xiàn)孔位交叉的情況。鉆孔時應(yīng)選擇硬度高的合金材料設(shè)備進(jìn)行施工。管棚孔打好后，結(jié)合鋼腳手架，完成平面排架搭建。這種支護(hù)技術(shù)在地質(zhì)復(fù)雜的情況中應(yīng)用越來越少，已經(jīng)被先進(jìn)的支護(hù)方式逐漸取代。

除了單獨的支護(hù)技術(shù)，兩種或多種支護(hù)技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用越來越常見，例如錨桿錨索支護(hù)技術(shù)，利用錨桿構(gòu)件進(jìn)行圍巖支護(hù)，利用錨索將外延承載層和錨桿衍生的承載層連接，提升了巖層承受力面積，使支護(hù)效果更加明顯。

5 結(jié)語

綜上所述，煤礦巷道掘進(jìn)施工和支護(hù)施工對于技術(shù)的要求越來越嚴(yán)格，施工技術(shù)選擇和設(shè)計是否科學(xué)合理直接影響著采礦工程的安全和效益。隨著煤礦開采深度的增加，開采情況越來越復(fù)雜，技術(shù)人員必須對實際條件、因素進(jìn)行全面分析，確定科學(xué)的施工技術(shù)，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各個作業(yè)環(huán)節(jié)，使巷道掘進(jìn)施工和支護(hù)得到可靠保障，為采礦生產(chǎn)目標(biāo)實現(xiàn)奠定良好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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[2] 劉強(qiáng)，任光友.煤礦巷道掘進(jìn)施工與支護(hù)技術(shù)研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2018，15（20）：54，56.

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