谈采矿工程采空区巷道掘进支护技术

摘要：随着采煤技术的发展，开采深度逐渐加深，对巷道支护提出更高要求。不断优化巷道支护技术，有助于煤矿安全高效生产。本文以阳煤一矿为研究对象，对该矿巷道掘进支护方式进行临时和永久性支护设计，针对巷道中关键设备及施工过程进行研究分析。实践表明：设计的巷道支护达到预期效果，为矿井的安全作业奠定基础。

关键词：煤矿；巷道；掘进；研究

1.当前煤矿高效掘进技术发展现状

大型煤矿依据地质勘探及煤层分布位置进行矿井开采技术设计，巷道掘进效率直接影响到煤炭开采质量，当前我国煤矿巷道掘进技术现状如下：（1）现阶段主要采用的巷道掘进技术为综合机械化技术，该技术涉及悬臂式掘进技术和单机锚杆钻机技术两类。综合机械化技术普遍用于煤矿开采中。我国自主研发的煤矿掘进机，动力性能好、适应性好，运用PLC控制技术，能及时有效监测设备状态、发现设备故障，可靠性强。（2）我国吸收国外技术经验，自主开发的掘进技术取得诸多成就，以小功率掘进机为主，该机性能可靠、适用性强。但没能实现规模化应用，后期进口国外大功率掘进机，应用于大断面掘进。随着煤矿开采技术的发展，我国在大功率掘进机方面还存在一定的差距，需要加强掘进技术的提高，以提升煤炭开采效率。

2.当前煤矿高效掘进技术存在的主要问题

针对煤矿掘进技术中存在的不足，需要实时改进煤炭掘进技术，提出对应举措，以促进我国现代煤矿高效掘进技术，现阶段主要存在的问题如下：（1）掘进机在作业中，遇到大块岩石，且未能缩小切割深度的前提下，会造成机组滑动，致使截齿磨损，时间一长，造成截割电机短路，从而温度急剧升高，致使电控系统瘫痪，严重时，会烧毁电机。（2）矿用掘进机工作时间较长时，需要及时补充油料，然而井下注油难度较大，若操作不当会造成粉尘污染油液，使得维修时间延长，从而造成掘进机工作效率下降；掘进作业过程中，根据巷道宽度进行铲板的调整，现阶段诸多煤矿在铲板更换安装中，易于造成人工、材料的浪费，从而成为制约采掘效率的不利因素之一。（3）煤炭开采企业为了提高产能、提升企业经济效益，诸多煤炭开采企业选择机械化开采技术，然而受运输罐笼或巷道，尺寸影响，大多大型掘进机无法及时运输到井下巷道中，不能实现快速掘进；掘进机在掘进过程中，产生大量粉尘，粉尘对矿工及设备均造成不良影响，从而影响掘进机工作效率。

3.当前煤矿主要掘进技术分类

（1）巷道掘进技术。煤炭高效开采需要巷道掘进技术支持，煤巷综合机械化设备主要为通风除尘设备、刮板输送机等。悬臂掘进机主要用于掘进巷道，在支护技术的支撑下，促进煤炭产能增加，缩减投入成本。当前，煤矿高效掘进技术处于初级阶段，仍需继续改进。（2）半煤岩和全煤岩巷高效掘进技术。巷道纵断面面积在3.3-1.2之间为半煤岩巷道。断面以岩石为主，依据工况选择适合的掘进设备，选型时必须充分考虑其内部元件的安全性能、安装难度、操作方式难易度、截齿强度等因素，所选掘进设备其截齿要具备足够强度及力度，以便破碎岩石，提高掘进效率。为确保安全通常选用质量较大的开采设备。当前多数全岩巷高效掘进技术均为引进技术，在实际应用中可能存有局限性，所以必须在全岩巷中覆盖较为全面的远程监控技术，从而推动全岩巷的掘进效率。在实践中优化掘进技术，提升全岩巷掘进技术的自主研究，助推我国掘进技术的发展。

4.现代煤矿高效掘进技术的改进

（1）提高稳定性，加强润滑系统。巷道掘进作业过程中，需要在截割头部位设置抗压强度感应器，若接触大块岩石时实现自动报警，便于及时调整截割参数；设置自动伸缩侧支撑，提升掘进机在作业过程中能够平稳运行；因矿井下粉尘大，不适于人工注油，需要配置自动润滑系统，结合工况编制润滑程序，确保润滑良好，降低设备故障率。（2）降低粉尘、提升掘进机预警。矿井下粉尘大，工况较为恶劣，不利于掘进机的安全运行，需要采取喷雾泵，改善巷道中的粉尘浓度，增加巷道环境湿度，为掘进机的安全运行创造条件。（3）实现掘进技术的自动化、智能化。随着煤矿开采技术的发展，掘进技术得到大幅度改善，计算机断面控制系统和遥控技术系统得以普及，巷道掘进中，重点在推进方向予以监控、智能检测、数据传输等，提升自动化管理水平，保障掘进机运行中实时调整截割参数和运行轨迹，确保掘进机的运行稳定性，降低工人劳动强度、减少生产投入。目前，煤矿综采机械化的普及为煤矿向高效高产发展提供有力支持，快速掘进发展成为开采技术的未来方向。煤矿巷道掘进作业中，必须对巷道进行有效支护，以提高巷道安全系数，锚杆支护是众多支护方式的一种，该方式是一种常见并有效的支护方式，对围岩起到较强的锚固作用，可有效增强围岩本体稳定性。该方式施工成本、材料成本较为经济，施工便捷劳动强度较低，易于维护、安全系数高，有利于降低煤炭开采成本。但是，该支护方式的掘进效率是制约后续开采的关键因素。因此，如何提高锚杆支护效率对煤炭生产具有重大意义。相关技术人员，务必提高重视度，切实结合生产实际，探讨有效加快掘进速度的方法以期早日实现快速掘进的目标。

5.煤矿地质条件与支护参数

(1)煤矿地理地质条件以某矿2#煤层底板开掘为例，该煤层埋深约250m，较为稳定，为半亮型和暗型混合层，半亮层居多，结构呈条带状。厚度区间4.9-7.3m，厚度均值5.93m；倾角变化范围广，倾角区间0-20°。其倾角平均值较小，约5°。整体而言，2#煤层结构简单。该煤层直接顶主要由块状粉砂岩构成，厚度均值约3.2m，易于垮落。该煤层直接顶的上方为中砂岩老顶，硬度较大，存有水平斜层理，层间存由互层，厚度高达14m。2#煤层直接底多为块状黏土岩，遇湿膨胀，硬度下降变松软，厚度范围0.28-2.68m。直接底下部为波状粉细砂岩老底，发育良好，层厚范围11.9-14.4m，平均厚度为13.2m。(2)煤矿巷道支架支护参数煤矿巷道断面尺寸为（4.6×2.9)m，巷道选择锚杆支护方式，锚杆为363型，顶板设置6根、两帮3根。锚杆加固采取树脂药卷，此外敷设单层钢筋网。为确保巷道围岩稳固性，选择小孔径的锚索予以加强，排距、间距参数分别为3.2m、1.6m，锚索长度5.5m、根数为2根。掘进设备和带式输送机布局，见图1。巷道掘进和支护原理，见图2。

6.快速掘进技术

(1)对管理机制予以创新该矿采用先进的规划和管理系统，可在生产作业过程中为计划编制予以辅助，能够对计划中的全部信息实施管理和控制。该系统的使用提高生产效率，为快速掘进提供理论基础。钻爆施工由两部分构成，即锚喷和掘进，锚喷和掘进相辅相成，逐一进行不利于单进速度。所以，该矿采取三班掘进和边掘边喷的方式，以确保掘进效率提升。另外，在施工班组的选用中，严格审查相关资质及施工经验，采用招标制。为保障安全高效开展工作，三个生产班组均制定工作计划和目标，对每个班组进行优化管理，提升其主观能动性，全面提高掘进工作人员的积极主动性。薪资分配方面，实施四三三工资制，即安全、质量、任务分别占比40%、30%和30%。淘汰“大锅饭”制度。工资采用日结制。(2)充分发挥机械设备的性能优势掘进装备的优劣程度与掘进效率紧密相关，掘进装备的工作稳定性是保证掘进目标快速实现的基础。该矿选用技术领先的MRH-S200M综掘机。该掘进设备性能优良，结构合理、坚固耐用、切割力强、运行可靠，能适应各种工况，可实现安全高效快速掘进。为保障设备良好运转，该矿制定严格的操作规程，委派专人对综掘机进行维护保养及日常点巡检工作。掘进作业过程中，若出现顶板条件欠佳，必须停止作业，首先进行巷道支护加固，防止将综掘机砸伤。另外，及时清理综掘机周围杂物，确保设备运行环境安全。全方位加强设备管理，确保设备运转率；严格遵守操作规程，保障设备运行状态良好，为快速掘进提供保障，(3)选择合理适用的锚杆钻机锚杆支护需要钻机配合，钻眼速率和锚杆支护效率呈正比，而锚杆支护的速率与掘进效率呈正比。所以，务必重视锚杆转机选型。以前该矿通常选择电煤钻进行打孔作业，受其电缆长度影响，给实际操作带来不便，同时电煤钻为干式打眼，施工作业中产生大量粉尘，不利于职工身体健康。为改善现状，选择风动煤钻。将干式钻孔改为湿式钻孔，既保证了钻眼速度，又改善了操作环境。采用风动煤钻后，打眼速度显著提高，顶板得以很好的控制，巷道安全形势好转。

7.结论

综上所述，伴随科学技术的突飞猛进，煤矿开采技术得到长远发展，煤矿管理水平不断提高，这就需要煤矿开采设备不断升级换代，促进煤矿企业向信息化、专业化、集约化的方向进行发展。新型掘进机的应用，为煤矿安全高效生产奠定了基础，煤矿企业需要结合地质构造、煤层厚度等选择适当掘进设备，通过技术变革，积累掘进经验，为掘进技术和掘进设备的创新提供可靠依据。为我国的煤炭开采事业做贡献。

【参考文献】

[1]徐文鹏.煤层巷道掘进工作面临时支护装置应用研究[J].西部探矿工程,2020,32(6):163-164.

作者：张建宇 单位：阳泉煤业（集团）股份有限公司一矿