煤矿巷道掘进施工及支护技术分析

煤矿巷道掘进施工及支护技术分析

董瑞楷

山东华新建筑工程集团有限责任公司山东泰安271000

摘要：煤炭作为一种重要的不可再生资源，被广泛的应用在机械、化学、冶金、能源等行业。煤矿巷道掘进施工和支护是煤矿开采过程中的关键环节，但是受到技术、设备、环境等多种因素的影响还存在一些问题，因此进一步加强对其的研究非常有必要。在施工中应以巷道掘进施工现场的实际情况为基础，科学、灵活选取施工技术方案，并且要充分掌当前煤矿巷道掘进施工的技术要点，只有这样才能在确保施工安全的基础上，全面提高煤矿巷道掘进施工效率，最终使企业实现高产、高效的目的。

关键词：煤矿巷道；掘进施工；支护技术

1、煤矿巷道掘进方式分类

在我国煤矿企业在进行巷道掘进施工中主要运用的方式有两种，一是综合机械化掘进，二是掘锚一体化掘进。综合机械化掘进具有一个完整的系统，一般来说由钻孔设备、掘进设备、传输设备、通风设备以及电力设备等构成[1]。其中掘进设备是整个运作系统中的重中之重，其工作效率直接影响着整个掘进施工工作进度。掘锚一体化掘进方式是建立在锚杆支护技术基础上的，将巷道掘进施工和巷道支护融为一体，极大地节省了掘进时间。

2、煤矿巷道锚杆支护技术的发展现状

现如今，巷道锚杆支护技术具有很强的系统性，整个系统大致包含了地质勘测、支护方案设计、材料和机械的选取、作业质量的评估以及其他方面的内容[4]。首先，地质勘测方面需要做的工作主要是针对围岩的应力、强度、结构进行探测，尽量获取目标矿区的应力场、围岩的强度以及其结构的特征等数据，为巷道的布置与支护方案设计提供真实有效的信息支撑。其次，针对勘测结果进行分析，并结合地质情况设计科学合理的实施方案，针对目标矿区围岩的特征选取支护材料以及作业工具，并注意保证施工工艺的优良性。最后，对于完成的锚杆支护作业成果需要进行严格的质量检测与评估，确保其安全性、稳定性。目前，我国锚杆支护技术已经得到了广泛的运用，并且在某些非常特殊的地质条件下取得了很好的成果，比如在极软岩巷道和深部沿空流巷重的运用。

3、煤矿巷道掘进施工及支护技术

某煤矿所属矿区含煤地层主要为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组，煤系基底为奥陶系。该煤矿企业各个矿区开采煤层以焦煤、肥煤、瘦煤和1/3焦煤为主，是国家重要炼焦煤基地。

3.1、掘进施工技术

当前该煤矿主要采用单相掏槽方式，对于炮眼较深的岩层断面，应采用复合式掏槽方式。同时，若煤矿巷道掘进过程中出现软媒夹层，相关施工人员应注意合理布置掏槽，控制在60°~90°的倾斜角度范围内，若炮眼断面比较小，结合煤矿巷道的实际情况，可以不设置辅助眼。煤矿巷道掘进施工过程中，主要采用掘进机，其运行安全、效率较高，在装煤和破煤施工作业过程中应用广泛，当前该煤矿利用运煤机械设备和掘进机，形成了流水化的掘进施工流程，极大地提高了煤矿巷道掘进施工速度和煤矿生产效率。另外，该煤矿还引进了采煤机，其通过横轴切割方式，可以一次性地连续进行采煤，扩宽煤矿巷道的宽度。当前，连续采煤机应用非常广泛，其结合了煤矿回采和掘进工序，施工应用优势非常明显，并且其采煤效率较高，资金投入比较少，可有效节省掘进施工成本和时间，快速提高煤矿生产效率。

3.2、支护技术

煤矿巷道掘进施工过程中，应结合该煤矿周围的实际情况，制定科学合理的顶板支护方案。

3.2.1、预留煤柱

预留煤柱是一种非常重要的巷道支护形式，巷道下区段处于回风区域，上区段处于运输区域，在巷道下区段和上区段都要预留煤柱，减少回风平巷区域的支撑压力，这种预留煤柱支护形式操作控制比较简单，便于巷道的通风和排水，但是其支护耗费往往比较大，若巷道底部受到煤柱支撑压力挤压，会影响巷道的安全性和稳定性，并且在临近巷道煤层区域，为了保障掘进施工安全，应尽量消除煤层冲击隐患，合理控制预留煤柱的宽度，加强煤柱设置管理。

3.2.2、矿用支护型钢

该煤矿主要采用U型钢和工字钢进行支护，并且这种支护型钢适合应用在圆形巷道、半圆拱形巷道、椭圆形巷道断面中。在实际应用中，矿用支护型钢的抗拉、抗压和抗剪性较高，由于煤矿巷道施工环境比较恶劣，这对于支护型刚的应用要求比较高。同时，煤矿巷道支架承担着大部分的横向荷载和纵向推动力，并且抗弯截面模量会直接影响支护型刚断面结构，结合煤矿巷道支架的实际承载负荷能力，合理控制抗弯截面模量，根据煤矿巷道接触面面积和滑移平稳度，选择合适几何形状的支护型刚，确保其处于最佳的受力状态。

4、优化措施

4.1、采用性能优越的掘进设备强化设备稳定性

巷道掘进机是实施煤巷快速施工的主要设备。煤巷开凿效率及其工程效益的增强决定于运用符合作业状况及环境的掘进设备。掘进机械的施工目标是巷道煤岩及井下矿物，而且作业时振动效应剧烈，井下作业条件恶劣，故应依照施工条件具体确定施工方案，以便使掘进机械维持稳定连续性作业。依托设备的引人和国产化进程，我国巷道掘进设备的国产化水平及应用已产生了新的飞跃，形成了我国掘进施工工艺的独特发展模式。

我国自行制造掘进设备在液压传送、电气配套、结构部件的运用中，一定要仔细筛选，严格控制质量。对一些本国产品质量不达标的主要元器件，要优先采用技术发达国家生产的产品。在合适的部位以镶嵌式组合取代螺栓连接组合，利用模块结合形式，不但能够精简结构，有助于设备的拆卸维修，又能大幅度增强设备稳定性。最终实现设备安全性高，作业效率高，作业、捡修便捷，操作安全稳定的效果。

4.2、运用高科技测控技术，实现机电一体化操作

第一，将掘进设备作业改为自动化模式，其内容有开凿方位控制、动力电机功率自行调整、掘进截面面积控制等;第二是完成掘进设备状态监测和故障判定，其内容有外输电压控制、电机载荷与电机温度、油压系统油路压力、油液温度及环境污染等监测过程。依托利用先进测控工艺，对掘进设备的状态监测、问题评估及远距离控制装置实施创新和优化，达到机电联合整体运作模式，能够最有效地增强掘进设备的作业效果，大力促进巷道掘进工艺的优化和创新。

4.3、巷道支护管理分析

软岩巷道支护作业不仅涉及众多施工环节，且有着极高技术要求，鉴于井下存在诸多影响支护施工质量的环境因素，必须对支护作业开展严格的质量管理，具体应包括下述几点：a)严格把控施工材料质量关。支护作业原材料质量的高低是施工质量的根本保证，在施工时不仅要定期对施工原材料进行质量抽检，及时更换过期或损毁的残次品，还应构建完善的奖惩制度，激发质量把关者的工作热情；b)施工质量应符合相关规程。在支护施工时，施工步骤必须严格遵守设计要求与操作规范，同时依据工作人员专业水准高低，进行严格的专业分工并建立严密的岗位责任制，对施工质量开展定期检查与不定期抽查；c)加强巷道围岩变形监控。软岩巷道进行初次锚喷支护作业后，必须对巷道变形进行长期监测，并对检测数据进行定期汇总分析，从而便于支护参数的调整改良，并为二次支护时间的选择和参数设计提供参考。

总之，煤炭生产过程中，安全是第一位的，在进行煤矿巷道掘进施工和支护时要严格把控好其安全性。只有保证好了巷道掘进的安全性，后续的煤矿开采才能顺利进行，企业的经济效益才能得到提高，因此进一步加强对其的研究非常有必要。

参考文献

[1]范明建.锚杆预应力与巷道支护效果的关系研究[D].煤炭科学研究总院，2007.

[2]张占涛.大断面煤层巷道围岩变形特征与支护参数研究[D].煤炭科学研究总院，2009.

作者简介：董瑞楷（1980-），男，助理工程师。2006年7月毕业于山东科技大学采矿工程专业，一直从事基建矿井施工技术及管理工作，现任矿建项目部副经理。