复杂地质条件下煤矿开采掘进支护技术探析

复杂地质条件下煤矿开采掘进支护技术探析

刘小超  杨小亮  张聪

平顶山天安煤业股份有限公司六矿，河南平顶山，467091

摘要：在煤矿开采的掘进作业中，复杂多变的地质条件对工作流程构成了显著的挑战。鉴于地层构造的复杂性、地下水的存在以及断层的频发等因素，采煤掘进过程中的支护技术显得尤为重要且技术难度加大。为了确保采煤作业的高效进行，并保障作业人员的生命安全，采煤掘进支护技术的应用已成为亟待深入研究的重点领域。

关键词：复杂地质条件；煤矿开采；掘进支护技术

1 复杂地质条件的特点

1.1 地质构造的复杂性

地质构造的复杂性是复杂地质条件的核心特征之一。在地壳运动、板块碰撞及火山活动等多元地质作用的影响下，形成了包括断层、褶皱、岩浆岩等在内的多种复杂地质构造。这些地质构造不仅显著影响岩层的稳定性，而且为掘进施工带来了极大的技术挑战。在掘进过程中，复杂的地质构造可能导致岩层松动、塌落等安全隐患，进而增加施工难度与风险。此外，地质构造的复杂性还可能隐含未知的地质异常体，对掘进施工构成潜在的突发威胁。因此，为确保施工安全，掘进施工前需进行详尽的地质勘探与预测，以科学掌握地质构造的特点与规律，并为施工提供有力的决策支持。同时，在施工过程中，应实施相应的技术措施，如强化支护、精确控制爆破等，以确保掘进作业的顺利进行。

1.2 岩层变动与断层活动性

岩层变动与断层活动性是复杂地质条件的另一显著特征。地壳运动的持续作用导致岩层发生变形、位移和断裂，从而形成各种类型的断层。这些断层的活动性对岩层稳定性产生直接影响，进而对掘进施工的安全构成威胁。在掘进过程中，断层的存在可能引发岩层错动、塌落等安全问题，增加施工难度与风险。同时，断层活动性还可能伴随突然的涌水、瓦斯泄出等异常情况，对施工安全构成严重威胁。因此，在掘进施工前，需深入了解并掌握断层的分布与活动规律，为施工提供科学的决策依据。在施工过程中，应采取相应的技术措施，如强化支护、精确控制爆破等，以有效应对岩层变动与断层活动带来的安全风险，确保掘进施工的顺利进行。

2 掘进支护在煤矿开采中的意义

2.1 保障施工安全

掘进支护是确保煤矿开采过程中施工人员生命安全的重要措施。通过采取合理的支护措施，可以有效防止岩石坍塌、地面沉降和水沙突出等不良现象的发生，为工作人员提供一个安全的工作环境。

2.2 提高开采效率

掘进支护不仅保障了施工安全，同时也为煤矿的高效开采提供了支持。通过科学的支护设计和实施，可以保持掘进工作的高效进行，提高施工质量，进而提升煤矿的开采效率。

2.3 降低环境污染

在煤矿开采过程中，掘进支护技术的应用有助于降低环境污染。例如，采用闭路循环型水流方式和巷道支护技术，可以有效降低废水和粉尘的排放量，减轻对环境的污染。

2.4 优化开采工艺

掘进支护技术的应用需要根据具体的地质条件和洞室要求进行选择和设计。这种针对性的支护措施可以优化煤矿的开采工艺，降低开采成本，提高煤炭资源的开采效率和经济效益。

2.5 促进煤矿可持续发展

掘进支护技术的应用不仅关注当前的安全和效率问题，还注重煤矿的可持续发展。通过采用科学、合理的掘进支护技术，可以减少对自然环境的破坏，降低安全事故的发生率，为煤矿的可持续发展奠定坚实基础。

3 复杂地质条件下煤矿开采掘进支护技术

3.1 机械掘进

机器开挖，即运用机械装备执行隧道挖掘任务，此种方式显著提升了施工效率，确保了施工的安全可靠性，并简化了操作流程，从而有效提高了矿井的生产效率和安全性。在采用机械挖掘方法时，需考虑以下关键因素：首先，应合理设计开挖面，妥善安排工作区域，确保开挖面宽度符合规定范围；其次，需恰当选择适合的截割头，断面过小可能降低采煤作业量，进而影响矿井的生产效率；在施工过程中，需结合当地地质及煤层特性，适当选择TBM机型，并兼顾切齿的大小，过大的切齿可能导致刀盘滑动，而过小则可能导致刀盘失效；最后，应加强对掘进机的维护保养工作，因掘进作业会产生大量灰尘和泥浆，为确保掘进机的正常运行，必须做好相关检查和维修工作。

3.2 地质煤矿掘进退后卧底技术

应用退后卧底技术需满足特定条件，即在掘进作业区内，顶板必须保持高度的完整性和稳定性。此外，掘进作业区域的地表与顶板之间应维持一定的安全距离，以确保后期支护工作的顺利进行，并充分发挥退后卧底掘进作业的优势，及时防范岩层冒落的风险。在实施作业过程中，采取退后方式规划作业路线。同时，卧式采煤法在整个采煤过程中，应维持均匀且稳定的前进速度，以确保采煤巷道的稳定性，进一步加固岩层结构，全面增强地质煤矿掘进作业的安全系数。

3.3 光爆锚喷支护技术

在煤矿开采掘进过程中，光爆锚喷支护被广泛应用作为关键支护技术。该技术的有效应用依赖于对一系列参数的精准设置，包括耦合系数、炸药用量、最小抵抗线、装药实际结构以及炮孔间距数值等。为确保支护效果最大化，从而稳固掘进作业的安全与稳定，这些参数的合理设定至关重要。在实际作业中，需特别关注以下四个方面：首先，施工前需根据现场实际情况，明确矿山周边及建筑岩块的具体位置，并据此有针对性地强化巷道的相关部分，以增强围岩基础的稳定性与安全性。其次，对于需要加强的区域，应采用锚杆进行保护，并结合支护系统对相应部分进行额外加固。再次，持续对围岩区的负载进行优化、改进与加强，通过外力控制煤岩巷内的自重与应力，确保煤岩巷内的整体环境维持稳定与安全。最后，结合光爆锚杆技术与梁式结构，可显著提升薄岩层及锚固段的稳定性与安全性，确保整个巷道具备足够的承载能力。

3.4 锚杆支护

锚杆支护作为一种安全且经济的支护形式，在巷道开挖后，通过施加锚固作用于围岩，显著提升了围岩的自承能力。这种支护方式对于改善巷道的受力状况、增强巷道稳定性具有显著效果。鉴于煤矿开采在复杂地质条件下易面临多种地质问题，巷道开挖过程中，对锚杆支护技术的应用必须予以加强。在应用锚杆支护技术时，需根据围岩特性及巷道条件进行合理选择，以确保支护结构受力状况的改善，进而提升巷道的稳定性。

3.5 重视临时支护技术的运用

在复杂地质条件下，煤矿开采掘进支护技术中重视临时支护技术的运用至关重要，这不仅能保障煤矿开采过程中的安全性，还能提高开采效率。在进行煤矿开采之前，必须对复杂地质条件进行全面的研究分析。根据实际勘察结果，评估地质条件对临时支护技术的影响，从而制定出合理的支护方案。以勘察结果为依据，规划好液压系统的临时支护。液压系统的临时支护能够有效缓解煤矿内开采掘进的工作压力，同时辅助提升煤矿开采掘进支护的稳定度。当掘进遇到的煤矿顶板落差超出一定范围（如2m），或围岩硬度不足时，要特别注意预防顶板破碎问题。临时支护技术应根据具体地质条件进行调整，确保其与地质环境及煤矿工程的匹配性，避免影响煤矿掘进支护的安全性。

4 结束语

总之，鉴于复杂多变的地质环境，掘进支护技术的合理应用对于保障煤矿开采安全及提升作业效率具有举足轻重的意义。通过深入剖析地质条件特性，并结合先进的支护技术，我们能够显著提升煤矿开采的安全性和效率。展望未来，随着科学技术的持续进步和研究的不断深入，掘进支护技术必将得到更为完善的优化与发展，进而为我国煤炭工业的稳健、可持续发展提供坚实的技术支撑。

参考文献：

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