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谈采矿工程巷道掘进和支护应用

发表时间：2020/10/27 来源：《基层建设》2020年第19期作者：李文军

[导读] 摘要：在煤矿工程开采过程中，巷道作为其中重要的开采和运输通道，也是确保煤矿开采安全和效率的关键。

        河南焦煤能源有限公司九里山矿河南省焦作市 454000
        摘要：在煤矿工程开采过程中，巷道作为其中重要的开采和运输通道，也是确保煤矿开采安全和效率的关键。一旦煤矿巷道出现任何问题，将会直接影响到整个开采工程的效率和质量，进而降低企业的经济效益，甚至对采矿人员生命安全造成极大的威胁。在采矿工程中，巷道掘进技术和支护应用技术发挥着至关重要的作用，将两项技术进行有效的结合，能够在提升开采效率的基础上，保证巷道稳定的运行，确保开采工作的安全性。因此，本文根据煤矿巷道支护技术的内涵，分析了采矿工程巷道支护技术存在的缺陷与不足，且提出了采矿工程巷道支护技术的具体应用方式。
        关键词：采矿工程；支护技术；应用方式
        引言：掘进技术和支护技术在采矿工程中的有机结合应用，其主要目的是确保煤矿巷道的安全性和稳定性。因此，对于采矿工程而言，掘进技术和支护技术都十分关键，缺一不可，具有相互促进的作用。同时，两项技术的有机结合，可以为作业人员提供高效安全的施工环境，在提升施工效率的同时，也确保了人们生命财产安全。由于煤矿巷道工作存在一定的危险性，但只要重视施工细节问题，严格根据相关要求和标准操作，则可以避免安全事故的发生。尤其是对于巷道掘进和支护技术，应该加强应用。通过锚杆支护技术保护巷道围堰，避免巷道坍塌，为开采人员提供一个安全开采环境。
        1、煤矿巷道支护技术的内涵
        采矿工程中的巷道支护技术应用目的在于避免巷道围堰受到破坏，提升巷道安全性的技术。尤其是在巷道掘进过程中，可以对巷道的围堰起到一定的稳定作用，确保巷道挖掘能够顺利进行。可以说巷道支护技术则是巷道挖掘技术的重要基础。现如今，我国最常见的巷道支护主要包含了棚式支护、锚喷支护等形式。充分考虑到我国煤矿资源都位于软岩下，因此，我们应用最为广泛的则是锚杆支护技术。根据我国高深度矿井实际情况，进而诞生了高预应力高强锚杆支护技术。对深部巷道围岩进行支护，我们通常采用锚、注、架三种支护体系，这样可以实现超深矿井的开采。目前煤矿开采最深的国家是德国，他们能够达到最深的开采深度的为1200米左右[1]。其次，采矿环境的恶劣也在随着岩层的深度逐渐提升，尤其是的软岩层的出现也直接增加了开采难度。通过锚杆的支撑作用去分散岩壁所承受的作用力，进而达到软岩强度提升的目的。另外，科学的技术的不断革新，也带动了煤矿行业的迅速崛起，采矿行业技术也在逐步的更新，尤其是支护技术，普通锚杆由于杆件强度不高，新的全螺纹锚杆由此诞生，不仅可以突破普通锚杆截面薄弱的问题，还能减轻测压应力，提升巷道的稳固性。再加上全螺纹锚杆生产成本低，制造简单，完全可以取代普通螺纹锚杆，在实际采矿工作中，可以完全辅助巷道掘进机，在节省施工成本的基础上，提升施工效率。
        2、采矿工程巷道支护技术存在的缺陷与不足
        1、地质方面
        锚杆支护的质量对整个巷道工作质量产生着直接的影响。由于煤矿地质环境复杂、基础信息匮乏，具有一定的危险性，而将巷道围岩分为几个类别。其中1和2类巷道为稳定围岩，4和5类为不稳定以及极不稳定围岩。因此，锚固结构需要具备较强的橙子啊能力以及对应对围岩变形的约束力，促使围岩处于平衡状态，这直接给锚杆支护技术的应用增加了一定程度的难度。地应力实测技术作为锚杆支护体系的关键技术之一，同时也是锚杆支护设计的重要基础[2]。
        2、设计方面
        目前，我国现有的锚杆支护理论存在一定的局限性，无法满足复杂条件下全媒以及软岩条件下的巷道支护设计需求。以往的锚杆支护理论包含了组合梁理论、悬吊理论等，以假说为基础，从几个方面去描述锚杆支护的作用和原理，且计算方法和力学模型都较为简单。现有成熟的锚杆支护理论也无法满足全媒道锚杆支护设计的要求，应强化这方面的研究。同时，对于锚杆支护参数的选取，主要是采取经验法、工程类比法以及理论计算法这三种方法，但都存在缺陷和弊端问题，无法完全明确锚杆支护的参数，合理选择锚杆支护参数成为了其最重要的问题。其次，锚杆种类的合理选择，如今越来越多的新材料涌入市场，各种新型锚杆材料也由此诞生。而单独进行锚杆生产和研发的单位却少之又少，在材料和工艺上都没有规范流程，导致大量材料的浪费，也降低了锚杆的支护效果。此外，顶板岩层的层间错动也会导致锚杆发生剪切破坏，金属锚杆结构的不合理，在载荷超过锚尾材料的强度极限时，锚尾将直接损坏[3]。
        3、围岩监测方面
        顶板离层指示仪可以对锚杆锚固的离层情况进行监测，如果顶板将出现冒落危险将进行提前预警，避免顶板安全事故的发生。顶板离层监测都是采用的机械式离层指示仪测量方法。确定锚杆支护巷道顶板离层界限值时，通过数值计算程序模拟以及经验公式计算得出，但公式中的值需要在实际的矿区环境下进行不断的验证和调整。其次，在实际应用中，还需要充分考虑锚杆受力大小、巷道外观形态变化等。在锚杆支护应用中还要重点考虑工程因素、地质因素以及施工因素等，可以从一系列的影响因素中制定出最佳的锚杆支护方案。
        3、采矿工程巷道支护技术的要点
        1、永久性支护技术要点
        永久性支护技术是保障岩层永久稳定性的基础，也是掘进过程中的常见支护方式之一。其中包含了锚杆支护技术和预制钢筋混凝土支架。锚杆支护技术主要是通过对顶板岩层进行加固，相关支护设施包含了多种类型，比如玻璃钢的复合锚杆，在其安装时，需要调整端头的结构形式，将锚杆尺寸控制在一定范围和标准内，与钻孔相适应。同时，相关人员应该要注意锚杆和岩层之间的夹角，注意控制好角度，这样才能达到加固作用，保证支护效果。

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其次，对于预制钢筋混凝土支架，在支护应用中，混凝土本身具备的强度和硬度以及承受能力完全可以达到支护要求，所以主要定为支架形式[2]。锚杆支护是巷道支护中常见的支护形式，其技术灵活性强，可以适应复杂多变的巷道，当巷道原有的应力平衡受到破坏时，围岩部区域将出现集中顶板滑动现象，锚杆支护的作用则是对围岩进行施压，将顶板悬挂在深部稳定的围岩上，提升巷道支护效果。在实际支护施工中，相关人员需要加强对梁柱接口质量进行严格的控制和管理，如果仅仅只是应用支架，那么将会产生伸缩性差等问题，还需要将其和吊环探梁结合在一起，通过组合形式应用在支护施工中，在巷道中布置一定数量和强度的支架，再用吊环将其固定，加以临时性支护设施相辅助，能够达到相应的支护效果[4]。
        2、临时支护技术要点
        上文提及到了永久性支护技术，实际上在支护作业中，也存在着临时支护技术。临时性支护技术具有一定的支护作用，可以满足临时施工作业要求。这种设施主要包含了木质支柱和液压支柱等，对岩石都有一定的加固作用，也不会发生坍塌以及坠落问题。在实际施工中，施工人员应该对临时支护技术要点有个充分的了解，严格控制支护材料的质量，由于不同的支护材料的优缺点有着明显的不同，这就需要施工人员根据实际情况去进行合理的选择和应用，进而提升材料应用的合理性和可靠性。此外，除了确保支护材料的质量，还要保证其强度和拆卸安全的便捷性，部分金属支架也能作为临时性支护设施，其优势十分显著[5]。
        3、选择最佳支护时间和方式
        根据围岩和支护工作的关系不同，煤矿巷道支护形式也存在着差异，其作用力和方向都是支护工作对围岩的影响因素。通常在实施顶板支护设计前，要求设计人员对地质条件有个详细的了解，制定科学合理的支护设计方案，防止由于设计问题而导致支护架实效。结合顶板的实际情况设计支护结构，一般都会采取多种支护技术进行巷道支护。对于比较平整的巷道顶板，可以选择永久支护技术，这样在提升支护稳定性的基础上，降低破碎程度。针对较为破碎或软岩的巷道，可以在支护稳定后在进一步应用永久支护技术，提升稳定性，保证施工安全。巷道开挖后，巷道围岩应力压将重新分布，且将应力全部集中在巷壁附近，导致该区域的岩层屈服进入塑性工作状态，形成塑性区。如果不采取合理有效的方式进行支护处理，临空塑性区将随变形的增大而产生松动破坏现象。其中塑性区和松动破坏去有所差异，塑性区具有一定的承载能力，而松动破坏区域已经完全不具备承载能力[6]。其次，对于高应力软岩巷道支护而言，可以出现稳定塑性区，严格控制非塑性区的延伸，也就是要求选择最佳的支护时间，从而发挥出塑性区的承载能力避免松动破坏现象产生。因此，最佳支护时间的力学含义则是尽最大限度发挥出塑性区的承载能力而不出现松动破坏时相对应的时间。
        4、采矿工程巷道支护技术注意事项
        在实际采矿工程开展中，由于部分施工的巷道围堰强度较低，进而可能导致路段极易发生安全问题。其一，传统的支护方式已经无法满足现代深度的挖掘需求，煤矿支护技术需要紧跟时代发展步伐，与时俱进，根据实际情况引进先进技术和设备，传统的支护技术支护效率和效果都较低，安全风险也较高。因此，要求施工人员不断提升管理技术水平，完善相应的管理制度和流程，从根本上确保施工安全。同时，应该根据实际施工环节中的巷道围堰强度有一个全方位的了解和分析，且根据其强度较弱的施工环境应用相对应的支护技术，进而对巷道达到保护和支护的作用，从而提升施工环境的质量。其二，针对软岩巷道支护问题，应该加强喷层、支护网刚度支撑，在薄弱位置做好锚梁支护，这样才能增强高围岩表层的支撑力和约束力，阻碍巷道纵向碎区延伸。为了达到理想的支撑效果，对于巷道掘进和支护，应该对螺母的精度和质量进行严格把控，将普通螺母转成专用的锚杆螺母，这样才能促进整体抗压能力的提升。其三，应该对施工现场的地应力进行充分的了解，在实际工程施工中，矿山压力作用会对开采作业形成一定的危害影响，进而造成坍塌或地表位移等安全风险的产生。此外，相关单位或负责人应该建立并完善可行性的奖惩机制，从而去提升员工的工作积极性，促使他们在实际工作中根据相关要求和流程去操作，提升他们对巷道支护工作的管理力度。由此可见，对矿山的地应力进行详细的分析和了解，有利于促进采矿工程顺利的进行[7]。
        结束语：总而言之，在采矿工程中，巷道支护技术发挥着至关重要的作用，为巷道作业人员的安全提供有利保障。因此，做好巷道支护工作相当重要，这就要求施工人员对支护技术要点和作用有一个深入的了解，这样才能充分的发挥出其技术的重要优势和性能，从而防止安全问题的产生。同时，施工人员应该不断学习和研究支护技术相关知识，掌握先进的支护工艺，不断提升支护技术水平，进而确保巷道可以达到理想的支护效果，起到实际的保护作用，确保采矿工程的顺利完工。
        参考文献：
        [1]董鑫，李鹏.煤矿采矿工程巷道掘进和支护技术的应用研究[J].内蒙古煤炭经济，2020（05）：198.
        [2]柳春.浅谈复杂地质条件下采矿掘进支护技术及应用[J].世界有色金属，2020（03）：56+59.
        [3]李东.浅谈煤矿采矿工程巷道掘进和支护技术的应用分析[J].石化技术，2020，27（01）：163+174.
        [4]王东方.煤炭采矿工程巷道掘进和支护技术的应用简析[J].内蒙古石油化工，2019，45（10）：98-99.
        [5]安刚.采矿工程巷道掘进和支护技术的应用分析[J].当代化工研究，2020（16）：7-8.
        [6]成晓伟.探究采矿工程中巷道掘进和支护应用[J].当代化工研究，2020（08）：45-46.
        [7]王超，张晓波.采矿工程巷道掘进和支护技术的应用[J].地矿测绘，2019，2（6）.