煤矿巷道掘进施工及支护技术的有效性探究

任海龙

中煤一建第十工程处 河北邯郸 056000

煤矿的开采和开发直接受到煤矿巷道掘进施工和支护技术的影响，这是煤矿生产的所在。就当前我国煤矿掘进施工和支护技术的现状来看，还难以做到完全确保安全性的同时实现掘进速度的大幅度提升，由于受到煤矿工作环境以及技术装备等因素的影响，掘进后的巷道支护效果并不稳定，施工人员的安全性难以保障。

1 掘进施工与支护技术概念

1.1 掘进施工

现在煤矿开挖工程大部分采用立井、余斜井或立井与斜井相结合的方法，如果煤矿开挖中有软岩中间层，工人应处理好开挖，控制在45-90之间，如果炮口横断面比较大，则应加入辅助眼，进一步规范巷道的成巷质量[1]。当前的技术条件下，掘进机已广泛应用于破煤装煤施工，使用掘进机设备能最大限度地提高矿井生产效率和掘进施工进度。除此之外，应用采煤机，利用横轴切割等连续采煤方式扩大井下巷道进度。它整合掘进工艺和煤矿回收，具有明显的工程优势，资金投入少，采煤效率高，有效节约掘进时间和费用，提高生产效率。

1.2 支护技术

煤矿巷道掘进必须结合周边环境，制定有效的顶板支护方案。其中，以核心道路支护形式预订煤柱。下部分始终处于逆风状态，上部和下部分始终处于在途运输状态，并且必须具有预留煤柱以降低巷道周围的支撑压力。此预留煤柱具有方便排水通风的优点，但支撑成本高，因此巷道下部受煤矿挤压会影响稳定性和安全性，巷道连接处会影响附近地区的巷道稳定性和安全性。为确保整个掘进工程的稳定安全，应最小化煤层冲击的不良影响，控制预留柱宽，实施柱管理要求。

2 煤矿巷道掘进施工技术与支护技术的发展现状

根据当前的发展，煤矿巷道锚杆支护技术构建了一个完整的系统，特别是地质检查、支护设计、设备和材料选择方法以及评估内容的所有方面。首先要进行地质勘探，在围岩的各个方面勘探应力、结构、探矿等，并整理资料，作为后期规划设计的基础。其次，对勘探结果讨论了合理的相关设计。根据地形及其特点选择合适的设备和材料后，作为应用工具，使工程顺利进行。最后，必须检查和评估锚杆支撑工作的结果，以确保施工有序进行，从而确保锚杆支护技术可在每个大型煤矿中重复使用。

3 煤矿巷道掘进和支护技术中的影响因素

3.1 巷道围岩强度因素

巷道的稳定性与围岩强度息息相关，为了可以形成对巷道的良好支护和支撑，需要经过勘察并结合围岩强度进行支护技术的合理采用。如果围岩强度可以在锚杆支撑下，实现了自身强度的提高，那么可以进一步加大保护支撑力。围岩勘察的过程中，主要针对地质应力的承载能力进行了解和分析。承载能力的高低与顶板位移的大小有着直接关系，承载性能强，当地质应力增加的情况下，会降低顶板位移的大小，发挥相应的保护和支撑效应。所以，煤矿项目中的巷道掘进施工中，需要关注围岩强度提高支护有效性和掘进安全性。

3.2 地应力因素

煤炭煤矿中，地应力是具有较大安全影响的。其表现在会增加岩体位移、支撑物变形失效、煤层压松等方面，甚至还会造成岩层断裂、工程坍塌。为了有效解决这一隐患，确保煤矿的顺利进行，具体的巷道掘进与支护时，务必全面有效的采取技术方案对作业面形成支护体系，与此同时，科学处理采空区，以促进煤矿作业的安全进行。例如，对顶板岩层进行支撑控制，这一方式在当前的工作面保护支撑中较为常见，顶板管理支护技术即工作面支撑与采空区处理的有机结合。

3.3 巷道断面尺寸及形状因素

煤矿作业的巷道掘进中，巷道围岩应力的优化和保护支撑是必不可少的，这就会造成断面出现应力不均的现象，为了可以使应力得到分散，在设计阶段应优化设计方案，采用合理的断面形状和尺寸，在实际的施工过程中，严格按照设计的断面参数施工，围岩有变化时，应及时与设计单位联系，不断的优化设计。

4 煤矿巷道掘进技术研究

4.1 做好地质勘探工作

在煤矿巷道掘进时，为了避免地质构造及其环境影响到施工作业，对地质构造的勘探工作要引起重视，通过利用合理安排以及科学运用地质勘探技术提升地质构造勘探的质量和效率[2]。当前，我国在地质构造勘察方面的技术能力还有待提高，在针对巷道地质构造实施勘探检查过程中，可以采用三维地震综合勘探技术，结合企业现实状况和实际煤矿工程情况，在采区设计前进行三维地震综合勘探，从而确保后期掘进过程更加安全。

4.2 控制瓦斯，做好瓦斯排放工作

巷道掘进时，不但要对支护问题进行考虑，还要综合分析掘进环境是否安全稳定，掘进的过程中，产生许多瓦斯是必然的，其属于一类易燃性气体，假如瓦斯含量较多、浓度较高，容易发生爆炸事件。因此，相关人员需要以科学有效的方式对瓦斯进行采集或排放，尽早合理释放其压力，尽可能降低巷道中的瓦斯含量；提前规划，充分有效的利用瓦斯，促进煤矿经济效益的提升。掘进的过程中，相关工作者需要动态监测巷道空气中的瓦斯含量和浓度，如果浓度达到一定值，需要及时予以排放，确保安全后方可进行下一步的工作。

4.3 做好通风防尘工作

掘进过程中，空气中会漂浮着烟尘粉末，并且还会存在危害性气体，例如瓦斯和CO2等，对灰尘和危害性气体要予以及时的排除，避免巷道掘进工作者的人身健康和安全受到危害。通常来讲，较为有效的手段是加强通风防尘，巷道安全管理中应当安装内部通风系统，这一系统分为两部分，设备通风以及自然风，在设计安装中要准确定位两者的位置，促使内部风压以及需风量达到巷道施工要求，通风机在其中要配合辅助通风系统，尽可能多的排除灰尘和有害气体。针对灰尘，工作人员可以利用除尘器对灰尘进行吸收，降低空气中的灰尘量，并且工作人员还应当对巷道内部的温度、湿度加以关注和控制，以保护井下工作人员的身体健康和设备的正常使用。

5 煤矿巷道支护技术

支护技术对巷道掘进施工具有重要的意义，同时也是煤矿安全生产的重要前提。在研究巷道支护理论的同时，还要将煤矿支护技术在巷道掘进施工中进行实际的应用，通过实践来证明技术的有效性。将研究实际情况作为基础进行煤矿巷道支护理论的研究，有助于理论对煤矿岩层实际情况的正确解读和预测[3]。煤矿巷道支护理论，是实际巷道支护工作的重要指导。像松动圈支护理论、新奥法支护理论、围岩强度强化理论等等，都是当前煤矿巷道支护技术的常用理论。根据围岩和支护工作的关系不同，煤矿巷道支护形式也有所不同，作用力和作用方向都是支护工作对围岩的影响因素。当前主要有四种常见的巷道支护形式：第一，围岩外层存在支护力作用，像支架支护就是最典型的；第二，在围岩的内外层同时存在支护力作用，从而自内而外形成对围岩的整体支护，像锚杆支护就是这种支护方式；第三，围岩力学性质的改变，围岩的强度可以通过改变岩体构成进行加强，像注浆加固方法就可以做到；第四，围岩应力状态的改变，围岩的强度会随着受力状态的改变而发生变化，可以控制应力下降的区域。在这四种技术中，整体性的就属锚杆支护技术，主要涉及了方案设计、地质勘查、施工设备选择以及作业质量评估等工作。科学、严格的开展地质勘查工作，结合周围岩层的地貌、应力等情况，提供准确的数据以支持支护设计。结合当前收集到的数据信息，依据以往的施工经验对施工方法进行合理的设计。同时，还要开展严格的质量评估工作在锚杆支护工作面形成后，从而为支护工作的安全性提供更为完善的保障。

6 掘进支护技术措施

6.1 井下主要使用的掘进技术

目前，煤矿进行掘进过程中的支护主要是采用锚网喷支护，由于井下条件复杂，针对不同的情况，支护方法也应有差别，以求达到最好的支护效果，所以也可以选择直接破顶法进行支护，或者使用锚杆进行临时支护[4]。这两种方法各有特点，第一种方法是在掘进过程中将部分结构比较稳定的围岩保留，对于不稳定的部分，拆除顶部再用锚网支护，第二种方法在对断层比较多的巷道进行掘进时利用较多，还有就是坡度比较大的时候，作面以及巷道的稳定性通过锚网索来加强。随着机械水平的提高，井下很多机械设备都可以进行临时支护，例如综掘机的临时支护可以通过机身的液压锁实现，具有安全可靠的支护作用。在巷道的支护中应用最多的支护技术就是锚杆支护了，这种支护方式操作比较灵活，而且安装时步骤简单。锚杆可以加固围岩顶部被应力破坏后的滑动，减小围岩的变形情况。

6.2 支护方式的改进，促进了煤矿的开采和进一步建设

针对当前开采的问题和不足，对掘进支护方式应该要有更高的要求，使其技术更加强硬，煤矿井下的机械化程度进一步提高，对于巷道来说也要进行改进，使之更加符合煤矿当前实际开采情况[5]。进行深部巷道的掘进时，支护方式应进一步进行优化和改进，立足实际，积极接纳先进的新技术和新设备，并针对管理方式和水平进一步进行完善和提高。支护技术达到可靠和高效以后，还需要做的是定期维护机械设备，发现故障和问题及时检修或者更换，一旦发生危险，要有预防和应急的措施；企业要要注重职工的整体提升，加强定期的教育和培训，提高其专业方面的知识，提高其工作能力和水平，实现企业与职工的共同发展、和谐发展。

7 煤矿巷道掘进装备的发展

7.1 交叉支护掘进工艺装备

在经过长时间的使用和作业之后，有很多工作人员逐渐发现后置支护工艺在实际应用过程中，虽然能够促使整个掘进效率的有效提升，但是对顶板的日常管理而言，并不能够发挥出任何的实质性意义和作用。相反，还会导致一些不良的结果出现。而在利用后置支护掘进工艺的时候，可以采取有针对性的措施，促使其整个掘进速度可以实现最大化[5]。但是需要注意的一点就是，其在实践中无法促使掘进速度与支护速度之间建立良好、科学、合理的匹配和利用。而为了实现这一根本目的，可以利用交叉支护掘进工艺，这种工艺手段在实践中仍然在经历着不断的改进和完善。在巷道掘进相关作业的具体落实过程中，将交叉支护掘进工艺装备科学合理的应用其中，不仅能够保证整个装备在实际应用过程中的效率，而且还能够保证质量[6]。在某种程度上，这种工艺手段在应用时，能够促使掘进速度、实际支护速度之间的不平衡问题得到有效的缓解和处理。这样在保证整个掘进效率得到有效提升的同时，还能够最大限度保证顶板的安全和稳定。

7.2 交叉支护掘进装备未来发展

交叉支护掘进装备在实际应用过程中，可以实现与双锚掘进机相互之间科学合理的配合和利用。两者之间的有效结合，不仅能够促使掘进的效率得到有效提升，而且还能够保证顶板的管理水平得到有效提升。同时如果在施工过程中，对整个施工作业的要求并不是很高的时候，无论是与后置或者是前置掘进工艺相比，都是一种具有一定的优势特点的掘进方式。在这种背景下，交叉支护掘进装备在未来发展过程中，可以为后续的支护速度提升提供有效保障。同时，还能够尽可能减轻工作人员在日常作业时的强度，系统后部可以在其中装设相对应的机载锚杆钻机或者是运锚机[7]。这样才能够最大限度保证掘进的时间得到延长，同时还能够促使掘进效率得到有效提升。

8 结语

煤矿开采的重要步骤就是巷道掘进施工和支护，这直接影响着煤矿开采工作的顺利进行，也直接影响着整个煤矿的布局和开采进度。在巷道掘进和支护工作中，对专业性的要求较高，同时，这两项工作也直接决定着煤矿开采的效率以及开采工作的安全性，必须予以重视。因此，我们应当选择合适的掘进设备，加强职工队伍的建设，并对掘进施工的进度以及位置严格控制，同时将施工方法与地质构造结合起来，从而实现掘进施工和支护工作的可靠性、安全性，进而实现巷道掘进施工速度的提升。