煤矿开采技术与掘锚支护技术的分析

＊胡启才

（中阳县应急管理局安全生产技术服务中心 山西 033400）

在我国，煤炭资源是非常重要的一种能源，煤矿行业对社会的发展与经济水平的提升也有着极大的影响，要想构建系统的技术体系，煤矿企业就要提高技术和产业发展的安全性，这样煤矿行业在市场竞争中的优势便可全面提高。所以针对我国当下使用的掘进、开采技术，其虽能满足现代化生产与发展需求，但在应用的过程中，因技术类型存在差异，所以成本投入和产量均不相同，为了促进我国煤矿开采技术的优化、并满足市场竞争力的提高需求，煤矿企业必须严格管控技术应用，全面考察开采作业现场并针对性采用施工技术，这在很大程度上都能提升煤矿开采的效率，还能将作业风险降到最低，开采人员的生命财产安全也能得到保障。

1.当下我国煤矿开采业的发展现状

我国煤矿资源较为丰富，在很多地区煤矿资源的分布相对集中且具有极大的产量，如新疆地区，该地区的煤矿产业在很大程度上促进了我国经济的稳定、快速的发展，但结合当下情况，该地区的煤矿开采作业还存在许多问题，就如伊犁地区的煤炭储量十分丰富，煤矿企业的数量极多，而由于个别煤矿企业过度追求高额利润，并不计后果的开采煤矿且采用的开采技术水平参差不齐，这在很大程度上引发了许多安全事故，其中煤矿企业采用的开采设备与技术较为落后，在开采作业上的成本投入较低，再加上未合理制定风险预警措施，这不仅大大降低了煤矿开采的效率，还导致大量的煤矿资源被肆意浪费，对我国生态环境也产生了极大的影响，煤矿回采率极低。

如今，该地区的一部分矿井仍在使用传统的炮采技术、木支架支护顶板模式，虽然这些方式操作简便，适用于很多工程且装备并不复杂，不管是在破煤还是装煤等工作中都能灵活运用，但这些传统技术手段存在的弊端要大于其优势，借助炮采技术进行作业，煤矿企业无法高效管理顶板，再加上粉尘量大，而开采空间狭小，开采作业人员无法细致观察顶板的具体情况，这在一定程度上加大了煤矿开采的危险性。在该技术的影响下，煤矿开采的劳动量很大，煤矿企业需派遣大量作业人员，由于矿井的通风环境不好，极有可能出现瓦斯爆炸或顶板坍塌等事故，这对开采作业人员的人身安全也有着极大的威胁。

此外，在支护作业中一些矿井使用木支架支护的形式，而木支架缺乏良好的耐腐蚀性，支护强度也有限，在长期使用后很容易出现变形问题，正因如此，受支护因素影响而出现的安全事故不计其数。正因为存在上述问题，新疆地区的煤矿开采产业才无法快速、健康的发展，煤矿开采的质量才无法提升，进而存在很多安全事故问题。为了将这些问题解决，各大煤矿企业必须确保煤矿开采的质量与效率，期间企业不仅要加大开采作业的成本投入，还要采取有效措施尽可能避免安全事故发生，通过优化并改进煤矿开采技术，开采作业与人员安全便可得到保证。

2.煤矿开采技术

(1)综采技术

在煤矿开采作业中涉及了很多采煤方法，依据采煤工艺以及回采巷道的布置，可将采煤方法分为壁式体系和柱式体系，而本文提到的综采技术、普采以及炮采技术均属于壁式体系中的采煤法。

煤矿综采技术实际是应用机械设备构建核心体系，采用此技术方法不但能优化开采作业流程，还能将工作效率全面提高，所以煤矿综采技术在我国煤矿行业得到了普遍应用[1]。结合实践发现，我国煤矿企业对此技术的应用还存在一定的局限性。通常情况下，煤矿综采技术适用于顶板坚硬的矿区，对煤矿资源层的稳固性也有着极大的要求，因此煤矿企业往往只有确定技术的使用层级才能对其合理运用。究其原因，在开采作业的过程中企业使用的机械设备自身重量大，一旦矿井资源层和其顶部结构较为疏松且未能满足稳固条件，在受机械设备自身重量的影响下非常容易发生钻底、冒顶等问题。所以企业最宜选取较坚实的资源层区域采用综采技术进行施工作业。同时在开采作业的过程中，企业还要对矿区进行精细化处理，确保煤矿资源的品质，对矿区的地质结构全面勘查，在了解资源层具体情况后便可判断开采强度是否能达到综采技术的应用要求。此外，企业还要进行支架安装操作，这样便可防止机械设备在使用期间出现滑动问题，而煤矿开采的风险也能大幅度降低。

(2)普采技术

在使用普采技术进行开采作业的过程中，煤矿企业需让开采人员与机械设备配合工作。普采技术是基于综采技术的一种，效率偏低但成本小，且适应力极强的开采工艺，该技术在很多类型的矿区都能适用。在采用普采技术开采作业期间，企业并不需要进行大量的成本预算，在普采技术的作用下可将成本与经济要求全面满足。不过在实际运用的过程中，煤矿企业要确保人力开采的辨别性，对煤矿资源也要进行保证，同时还要做好安全防护设施的建设工作。因为该技术的应用需要人工作业帮助，而根据最近几年发生的开采事故分析，很多事故都受人工作业的影响，所以在采用普采技术前，煤矿企业必须认识到安全施工的重要性，通过将其细化并落实到个人，参与开采施工的人员均可意识到安全施工的重要性[2]。

(3)炮采技术

煤矿炮采技术又有炮掘技术之称，该技术工艺是借助爆破巷道的方法实现巷道的开拓，期间包含了装矸、爆破等一系列环节，由于炮采技术在我国发展、应用的时间最久，所以各大企业也积累了丰富的实践经验，煤矿企业也可合理使用炮采技术进行开采工作。通过运用凿岩机、喷锚支护等方式便可完成爆破、支护、装矸等作业，这不仅全面体现了凿岩机、锚喷支护对炮采技术运用的辅助效果，还能将巷道开拓的质量、效率全面提升。对于炮采技术而言，可降低成本投入、具有较强的使用性是其主要优势，正因如此，该技术在我国很多类型的煤矿开采工作中都得到了广泛的应用。

(4)水采技术

水采技术指的是水力采煤工艺，即借助水的压力成为作业动力，从而进行煤矿开采[3]。水力采煤是利用水枪射流破煤从而实现开采目标的，就和过去人们使用的水力冲压机一样，都是利用水的压强进行作业。相较于炮采技术中的“炮”，水采技术对水资源的使用同样重要，且其应用程度更高，正因如此，煤矿企业开展的施工作业对水源也会造成极大的污染。在实际开采应用中，该技术在我国煤层条件相对较差的地区极为实用。

(5)机械化放顶开采方法

通常情况下，在煤层较厚的矿井作业中使用此方法。在实际应用中，企业可将长度在3m的长臂式作业面设计在采矿煤炭作业中，之后便可采用以往方式完成煤层开采松动工作，然后再将从煤层顶部落下的煤炭块击碎，便可将其搬运出井。但是因为各个煤层的状况不同，所以煤矿企业对该技术方法的应用也存在差异。

3.巷道顶板锚杆支护技术理论

(1)悬吊

基于悬吊理论，煤矿巷道锚杆锚索可对巷道顶板最薄弱的岩层进行悬吊处理，这样该区域岩层便可依附在上方稳固性强的岩层上，同时在锚杆锚索力的作用下也能实现岩层的支撑、加固[4]。在采用锚杆进行加固施工的过程中，煤矿企业要确保锚杆锚索的锚固力大于悬吊岩体的重力。在软弱围岩区域，锚杆锚索主要用于悬吊顶板破碎岩石，这样便可防止破碎岩石发生掉落，保护作业人员的人身安全。

(2)组合梁

在应用锚杆锚索的过程中，煤矿企业可将二者组成梁，之后就可以直接通过组合梁来支撑巷道的顶板。在支护作业的过程中，由于锚杆锚索在穿越岩层时各个围岩之间的接触压力会随着锚固力而增大，所以岩层离层问题也能得到避免。同时在将锚杆锚索制成组合梁后，其岩石的抗剪力强度将会增大，这就可以避免岩石发生水平错动现象。据了解，组合梁越厚及其最大应力越小时，梁的挠度会不断减小，而其支护作用也会更加显著。此外，如图1所示是锚索预应力的应力分布图，随着预应力的加大，锚索预应力值以及压应力范围会逐渐增加，在较高预应力的影响下，锚索应力值较大，有效压应力也会覆盖巷道顶板大部分区域，锚固区域中岩体的抗变形能力也会加强。

图1 预应力锚索应力分布示意图

4.掘锚支护技术的设计和应用

(1)支护设计原则

在开展矿井掘锚支护设计工作时，首先煤矿企业要确保巷道顶板不会遭受破坏，而各岩层也不会出现离层问题[5]。在个别矿井中，因为顶板煤层的粘结力差，且巷道跨度大，所以顶板很容易发生离层现象。如若顶板自重较大也会致使顶板弯曲、下沉，对煤矿的开采作业也会产生影响。不仅如此，在设计期间如果未考虑巷道跨度等参数，企业制定的支护方案也无法满足实际需要，而在实际施工中锚索锚杆均会给岩层、顶板施加不合理的约束力，这样岩层内部也会形成变形应力，从而削弱顶板的强度、刚度。

此外，在实际设计工作中企业需对巷道断面与支护形式进行合理确定。如6号煤一采区运输下山（机轨合一巷）为矩形断面，锚网索喷支护，净宽4.5m，净高2.5m，净断面积11.25m2。10号煤二采区运输下山为矩形断面，锚网索喷支护，净宽4.8m，净高3.2m，净断面积15.36m2；10号煤二采区轨道下山为矩形断面，锚网索喷支护，净宽4.5m，净高3.2m，净断面积14.4m2；10号煤二采区回风下山为矩形断面，锚网索喷支护，净宽4.0m，净高3.0m，净断面积12m2。6号煤层回采工作面运输顺槽为矩形断面，锚网支护，净宽4.2m，净高2.0m，净断面积8.4m2；6号煤层回采工作面回风顺槽为矩形断面，锚网支护，净宽3.5m，净高2.0m，净断面积7.0m2；6号煤层回采工作面开切眼，矩形断面，净宽4.0m，净高1.1m，净断面4.4m2，锚网支护。巷道成巷进度指标是基于计算与明确建设工期，其大小还会对施工工期产生直接影响。在设计期间，煤矿企业需对国内专业施工团队的施工水平进行全面调研，之后再对巷道布置、断面大小以及运输、施工等进行综合分析，进而确定矿井成巷的进度指标。

(2)掘锚支护方案的落实

在开采施工前，煤矿企业要进行编程控制和计算，构建掘锚机位置三维坐标模型，做好掘锚机的定位处理，这样便可保证其位置科学且不会对矿井围岩造成影响[6]。在落实掘锚支护方案的过程中，企业在6号煤层一采区与10号煤层二采区布置了采掘工作面，期间使用到了如表1所示的设备，在这些设备的作用下，施工作业人员的工作强度会大幅度降低，巷道采掘工作的效率也会大幅度提高。

表1 采掘工作面使用的设备示意表

5.结束语

总而言之，在进行煤矿开采作业时，要想确保开采人员的人身安全并提高开采作业的效率，煤矿企业必须采用先进、有效的开采技术与支护工艺，这样便可更好适应各种地质条件，而煤矿开采的效果也会增强。不过在应用这些技术的过程中还要有一系列政策与规章制度的支撑，所以煤矿企业还要和政府相关部门有机配合，充分认识到开采技术与支护技术应用的重要性，也能将煤矿作业的质量、效率全面提高，而我国的煤矿开采事业也能取得健康、稳定的发展。