煤矿巷道快速掘进及高效支护技术探讨

石曙光

摘 要：实现煤矿高产高效的主要途径是提高煤矿巷道掘进速度。结合实际，分析制约煤矿巷道掘进速度的主要因素，探讨相关解决技术，重点探讨高效支护技术相关研究方向，可供相关科技工作者参考借鉴。

关键词：巷道 快速掘进 支护

中图分类号：TD263.2 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）009-045-02

1 引言

煤炭是我国的主要一次能源，在我国的生产和消费中都占据着主体地位。我国的煤矿主要采用地下巷道开采，巷道掘进工艺包括破岩、装运和支护三大工序，是一项复杂的施工工艺过程，多方面的因素都可影响煤矿掘进速度。

在提高煤矿巷道掘进速度的同时，保持巷道畅通和围岩稳定对煤矿建设和生产安全具有重大意义。随着开采广度、深度及强度的增加，各种地质条件越加复杂，对巷道支护技术提出了更高的要求。

2 影响煤矿巷道掘进速度的因素

2.1 地质构造因素

良好的地质构造可以提升掘进速度，相反大量褶皱、断层或火成岩侵入体等复杂多变恶劣的地质条件将增大掘进作业难度。归纳而言，煤岩硬度、褶区构造、围岩节理、瓦斯量、顶板和底板的稳定性、涌水量标准等都对煤矿生产产生了巨大影响。煤岩硬度较高时仅需要临时性支护，若岩层具有褶曲断层节理，将会使得煤层厚度不可预测，容易发生冒顶、塌落或偏冒等安全事故，从而影响掘进施工进度。煤矿开采进程中若瓦斯涌出量太大，将会对掘进施工造成巨大威胁。

2.2 掘进设备因素

21世纪科学技术迅猛发展，各类新型更快速的巷道掘进设备和技术不断得到实际应用，但是，我国总体掘进开采设备虽然品种齐全，但是自动化、信息化、机械化和集成化程度仍然落后于发达国家，整体工艺性能和水平还有较大欠缺，由我国自行研发生产的掘进开采机械设备故障率较高，尤其是消耗刀具现象较为严重，继而影响煤矿巷道生产掘进速度。特别是一些掘进设备的核心技术还没有掌握，与发达国家同类产品有很大差距，在很多煤矿企业中，打眼、喷浆等环节方式仍然没有实现机械自动化，很多还依靠人工。

2.3 施工工艺因素

掘进设备状况往往决定着采煤施工工艺，新型的支护工艺必然无法适用在落后的掘进设备中。目前在我国，大多数煤矿企业适用的支护形式主要是新型复合支护或打断面U型棚型支护，这种工艺不仅运输、通风、行人、安装都很方便，而且支护强度也较高、巷道断面大，但是支护施工难度较大，尤其在一些复杂地质构造时，将会严重影响巷道掘进施工进度。

2.4 施工组织管理与施工人员因素

电力资源短缺是制约我国国民经济持续快速发展的首要因素，为了缓解供电压力，我国的原煤产量出现了供大于求的现象，为追求可观眼前经济利益，许多企业过度开采煤层，忽视了持续发展、科学施工管理。许多工程建设管理者并没有编制规范的工程建设规程和有效的质量监管文件，工程实施过程中无法有效贯彻落实原先制定的工程计划，继而对煤矿安全生产产生一定的不良影响。此外，一些煤矿企业工作人员还没有完全掌握煤矿巷道的掘进新技术、新工艺和掘进设备的性能情况，这些因素也对掘进速度产生了不良影响。

3 提高煤矿巷道掘进速度的方法

3.1 推广应用创新超前地质探测技术

采用先进科学的探测技术是实施快速掘进施工的首要方法，对矿区地质进行全面探测，制定完备的施工规划并贯彻落实，去报掘进施工展开时安全有序并高效。

煤矿超前地质探测技术方法主要有钻探、物探及巷探等方法，各个矿井应根据实际情况选择适用的探测方法，探清煤层的采、掘头面安全距离范围内的地质构造、水文地质状况以及岩层等重要地质信息。这些信息将有助于预防误揭煤、误透老空老巷积水、误透构造水、预防发生瓦斯突出和突水事故，进一步保证煤矿企业安全和谐发展。

3.2 应用先进掘进设备

在巷道掘进中，煤矿企业普遍使用最多的设备是掘进机，因此，煤矿企业要根据矿区工作条件选择适宜的掘进机，同时，在实践过程中要立足长远，为掘进机的长期稳定连续工作创造良好条件，对掘进机的维护和保养工作要落实到位。

另外，掘进施工中应根据矿区实际情况，引进发达国家先进技术与自主研发并行，创设出满足支护、掘进并行作业的优质施工设备，进而全面提升煤矿施工开采设备的性能水平。

3.3 优化施工工艺和方法

煤矿企业要结合自身情况，引进新技术新方法不断优化施工工艺和方法，促进煤矿巷道掘进速度的提升。例如使用中深孔爆破、深孔爆破等各项创新新技术，在施工过程中大力推行“喷、锚、喷”的施工工艺灯措施等。

3.4 大力采用中深孔爆破技术

针对施工矿区地质不同的现实特征，对爆破工艺的选用进行深入的科学研究，合理选择装药结构、爆破参数，有效提升循环施工进度。在爆破工艺中，眼深、应用掏槽方式、装药形式和炮眼角度等均影响爆破效果，从而进一步影响煤矿巷道掘进施工进度。中深孔技术爆破具有提升循环进尺、提高一次爆破岩石总量、降低打眼、装岩工序时间等优点，可以有效提升巷道掘进施工效率和速度。

3.5 加强施工组织管理

在掘进施工中，煤矿企业要遵循煤矿安全生产规程，根绝施工技术和机械设备现状，使用科学方法制订施工工艺，尽力实施多工序平行交叉作业的方法，合理利用施工建设时间，同时注意保障职工人生安全。例如支护与掘进平行开展，装岩与凿岩平行作业等。合理选择循环实践方式，包括依据施工技术、设备和管理水平对各工序的施工时间、潜在能力仔细分析和预留计算。同时，煤矿企业还要扩充投入，引进新技术、高端设备工具，不断提高煤矿巷道掘进施工机械自动化水平。还要重视实行科学管理方法，贯彻落实前期项目设计规划内容，保障各个施工工序建设质量，全面杜绝过度开采现象。由于我国现行采掘设备性能有限，质量不高，更应强化对设备的管理维护，优化改进，建立定期操作维护档案，确保其始终处于良好应用状态。

4 高效支护技术的探讨

安全、合理、有效的煤矿巷道支护是保证矿山建设和煤炭开采高产高效的必要条件，也是一项关键技术。

煤矿企业中目前普遍应用锚网+钢筋梯+锚索的锚杆联合支护形式。锚杆支护方式具有支护效果好、效率高、成本低廉等诸多特点，已经成为巷道支护的一个主要发展方向，同时为适应煤矿机械化矿井建设的需要，大幅度提高综掘单进进度，将锚杆支护由岩巷发展到煤巷（回采巷道），巷道锚杆支护技术在煤巷支护领域取得了较好的效果和实际应用。

目前，国内外众多研究学者从不同的方面解释和论证了锚杆锚杆的支护机理，并建立了各自的锚杆支护模型和各参数计算公式。然而事实上，学者们的研究成果在井下工程实践中，由于岩性和顶板结构实际情况的差异性，往往表现为某一支护机理起主导作用，其它多种支护机理共同负荷作用，但目前为止，研究学者尚无法建立相应的数学模型准确计算各种支护机理的综合作用结果。

事实上，研究学者们针对某一种特定围岩岩性和岩体结构的理想状态，按照相关理论分析计算出的锚杆支护参数在实际施工中由于煤矿巷道中的实际情况的不同，对煤矿巷道的支护效果产生了一定影响，若计算参数结果偏差较大也可能会引发安全事故，因此目前单一的支护理论还无法全面的分析计算锚杆支护各参数。在井下实际施工中切不可片面以某一单一的支护理论为指导，还要辅以工程类比、巷道动态观察等方法，根据现场监控顶板变化的结果，及时汇总和分析，调整相应的支护参数，使巷道支护效果达到最佳状态，最大限度满足顶板支护的实际需求。

锚网支护过程中常常伴随有层理、节理、裂隙、构造滑面、软弱薄夹层等工程岩体弱面现象，这些弱面的共同作用下使得岩体的结构特性变得复杂，岩体的强度和在外力作用下的变形方式因而受到很大影响。工程实践中，及时发现各种弱面和软弱薄夹层的存在，并采取相应的针对性加强支护措施是预防发生顶板事故的有效方法。

5 结束语

长期以来，地质构造条件、掘进设备、施工工艺和组织管理等因素影响着我国煤矿巷道的掘进速度，矿井生产效率难以提高。为提高巷道掘进施工效率，只有通过深入分析影响掘进速度的各种根本原因，切实寻求相应解决方法。同时引进发达国家先进掘进设备和支护技术，保证施工环境安全而有序进行，进而提高经济效益，解决我国国民经济快速增长对煤炭的需求。