[科学技术]复杂地质条件下煤矿开采掘进支护技术研究

张亚宾

摘 要：我国是能源需求大国，煤炭则是重要的能源资源，其在多个行业中都有着极为广泛的应用，如何采掘更多的煤炭资源，实现煤矿利用最大化，一直以来都是煤炭行业发展中关注的焦点所在。而在复杂地质条件下，煤矿采煤掘进支护技术的应用是不可或缺的，其能够有效的保障煤矿资源开采的安全性和稳定性。

关键词：复杂地质条件;煤矿采煤;掘进;支护技术;应用

引言

随着以采煤机为代表的自动化综采设备的不断投入应用，煤矿井下综采作业效率得到了大幅提升。目前，巷道掘进主要依靠人工操作掘进机进行掘进作业，由于井下地质条件较为复杂，因此需要人工根据截割经验不断调整掘进机的作业姿态，从而保证巷道掘进效率和质量。这种掘进方式在实际应用中暴露出了掘进效率低、巷道成型质量差的问题，需要人工多次进行巷道断面修整，极大地影响了巷道掘进效率。随着自动控制技术的发展，一种新的煤矿井下巷道快速掘进技术———掘进机位姿自动监测与纠偏技术、巷道断面智能成型技术的出现与应用，实现了掘进机巷道的自动成型作业。根据在煤矿井下的实际应用表明，掘进机位姿自动监测与纠偏技术能够对掘进机状态进行实时监控和调整，巷道断面智能成型技术能够实现掘进机的无人化智能截割作业，能够将巷道一次成型率提升34.2%，将巷道掘进效率提升22.1%，对实现井下采掘平衡，提高综采经济性具有十分重要的意义。

1支护技术介绍

煤矿巷道一般在矿井深处进行挖掘，深度从几十米到几百米不等，工作环境相对复杂，在巷道掘进过程中，矿山地质结构容易发生变形，使巷道围岩的压力产生变化，引起顶板的垮落，因此需要对巷道进行支护。煤矿巷道支护技术经过漫长的发展，经历了从木支护、砌碹支护、型钢支护到锚杆支护方式过程。锚杆支护是目前发展较为完备，应用较广的巷道支护技术。锚杆支护主要利用金属、木材、聚合物或其他材料制造的杆柱，打入围岩预先钻好的孔中，其头部及杆体依赖于锚固剂黏结作用将围岩与稳定岩体结合在一起，尾部通过托板与螺母进行约束，通过锚杆改变围岩本身的力学状态，在巷道周围形成一个整体而又稳定的岩石带，对围岩产生加固作用。利用锚杆与围岩共同作用，具有抗拉和抗剪效应，能够达到维护巷道稳定的支护目的。锚杆支护具有成本低、快捷方便、适用范围广、稳定可靠的优势。锚杆支护由锚杆杆体、托板、螺母、锚固剂以及金属网共同构成。

2复杂地质条件下煤矿开采掘进支护技术

2.1煤矿支护技术形式

目前，我国煤矿企业在煤矿开采过程当中，为了更好地提高煤矿巷道的稳定性和安全性，提高整体安全质量，一般都会采用高强支护技术。常见的煤矿支护技术如下：第一，矿用支护型钢的应用。因为我国煤矿地理环境因素的影响，在煤矿开采中工作人员需要借助支护型钢进行加固。但是在这个过程中技术人员需要对支护型钢架的抗拉性和剪切型进行管控，保证整个支护系统的需求。与此同时，技术人员为了保证高强支护可以承受更多方面的负荷，还需要对支护型钢的承载能力进行监测。第二，可缩性支架的应用。这种支架是煤矿加强支护当中最为常用的一种形式。可缩性支架和其他支护技术有很多不同点，它更适合运用到巷道断面小的煤矿开采环境当中。技术人员通过测试对这项技术进行了全方位的研究，使得这项技术具有一定的承压能力。第三，预留煤柱，这项技术是最为传统的支护技术，这项技术一般都被运用到煤矿的上区段和下区段。这项技术操作起来比较简单，在正常情况下可以满足煤矿巷道排水系统需求。但是这项技术一定程度上降低了煤炭开采率。

2.2直接破顶法的运用

在煤矿产业运行期间，为了更好的提升直接破顶技术使用的效果，可以尝试通过掘进直接冲击技术，进一步提升稳定材质围岩施工的设计价值，以便更好的保证锚网索支护技术使用的整体质量。在实施顶板岩石施工时，岩层的硬度通常在<5m或者是没有达到2m的范围以内，当然，在应用直接破顶技术时，还可能会遭遇岩石脆弱的问题，如果该类问题出现，那么可能无法有效的保证掘进支护的稳定性。因此，在复杂的地质条件下，应用直接破顶法时，也需要根据实际情况进行灵活运用和选择，进一步提高破顶法的作用价值，以便更好的进行煤矿资源开采。应用直接破顶技术时，还需结合顶板的岩石厚度合理选择，如果岩石的硬度<6cm，而且岩石风化情况严重，容易破碎，那么就不适合采用直接破顶支护方法;但是如果掘坡度面比较大，那么应用直接破顶支护技术则是最为理想的。

2.3锚杆支护方案设计

煤矿巷道锚杆支护在施工应用前首先需要进行支护方案的设计，利用工程类比法、理论计算法或者实测法，综合考虑煤矿生产实际情况以及相关规范对各项支护参数进行设计。其中，应用较广的工程类比法以及仿真分析都首先根据施工巷道围岩物理力学性质、结构特征、地质构造等对巷道围岩的状况进行分类，依据不同的围岩选择不同的基本支护形式。根据基本支护形式以及锚杆支护理论计算锚杆杆体直径、长度、间排距、设计锚固力、角度等主要支护参数，同时确定锚杆选用的材质、型号。其次根据锚杆参数对锚固剂进行选择，确定其他搭配设备的参数。设计过程中依据初始设计、实施设计、矿压观测以及修改完善的设计流程，锚杆施工前需要进行拉力测试，以保障锚杆设计方案的科学可靠，同时谨慎使用新材料以及新技术，确保支护设计安全可靠、经济合理。

2.4锚杆临时支护中U钢法的运用

煤炭开采时，地质条件相对来说比较复杂的情况下，煤矿出现断层落差比较大时，那么可能会出现煤层坍塌的情况，为了更好的保证开采的安全性，提高开采质量与效果，可以尝试应用锚杆临时支护中的U钢法。通过对地质条件以及煤层情况的分析，构建超前、固定以及临时等多种支护方案，然后将U型钢架与锚杆支护技术结合在一起，进而更好的提升煤矿资源开发的稳定性，使得煤矿资源得以更加顺利的开采和利用。但是，该支护方法往往也只能够应对一些临时性的问题，针对需要长期进行巷道支护的煤矿，相关技术的应用还需要与其他方法配合，这样才能更好的保证施工過程的安全性。

2.5对掘进技术的要求比较高

在开采薄煤层的时候，为了可以保证作业人员的安全，通过就会采取半煤岩巷与煤矿巷道的掘进支护方式来实现，但是在实际的作业当中，掘进半煤岩巷对掘进支护设备和掘进及时有着很高的要求，使得工作人员在使用时要能够具有较强的专业能力，并结合实际的情况来进行合理使用。

结语

综上所述，为了可以提高我国煤矿产业的发展，提升煤矿开采的安全性和稳定性。煤矿企业需要对高强支护技术进行深入的研究，了解每一种技术的特点，并根据实际情况去选择和构建不同的技术方案。目前，我国的煤矿安全事故时有发生，其中顶板事故大部分的原因都是因为没有做好巷道的支护和监测工作。因此，在煤矿采煤掘进工作当中使用高强支护技术日益成为必然的要求和选择。

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2021/09/26