复杂地质条件巷道快速掘进技术研究

复杂地质条件巷道快速掘进技术研究

高名扬

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摘要:在煤矿事业迅猛发展的过程中，施工环境也越来越复杂，面对这样的形势要不断加强技术创新与管理。为了解决掘进巷道支护效率低、强度低的问题，提出长锚固构建连续锚固层的支护技术，通过增加支护厚度，降低支护密度的方式，优化了支护方案，并通过数值模拟确定了锚固长度。矿压监测结果显示，掘进效率提高，围岩处于稳定状态，新支护方案有效解决了掘支矛盾。

关键词：煤矿巷道；掘进工艺；支护技术

引言

煤炭被称为“工业粮食”，是中国重要的能源资源。随着社会经济和科学技术的不断发展，煤矿掘进技术也有了很大的提升，促使中国煤炭事业朝着更好的方向发展。虽然中国煤炭资源分布比较广泛，储量也比较丰富，但是煤炭资源并不是取之不尽、用之不竭的。随着对煤炭需求量的增加，煤矿数量不断增加，煤炭储量日益减少，导致煤矿在开采过程中只能将目标移向地质条件较为复杂的区域，这增大了开采的难度和危险系数，甚至存在很多安全隐患。掘进是煤矿开采过程中极为重要的工作内容，在煤矿掘进过程中，不仅要考虑不同地质条件下的掘进方案，还要考虑如何在掘进中进行支护加固，确保开采的安全性。因此，应重视复杂地质条件下煤矿掘进和支护技术的研究，以提高煤炭的开采效率，减少安全事故的发生，为煤矿开采提供更加安全的工作环境尤为重要。

1煤矿掘进地区地质条件概述

我国有着丰富的煤炭资源，随着社会的进步与发展，人们对煤炭的需求逐年递增，大部分裸露的煤矿已经被开采完毕，这使目前可以开采的煤矿几乎都位于地下，想要生产，就需要朝着更深的地下掘进，地下的地质条件较为复杂，这在一定程度上给煤矿开采带来了挑战。关于地质条件，可以从两方面进行复杂程度分析:一是地质构造，二是煤层稳定性。对于前者而言，褶皱、岩浆岩侵入等就是复杂的地质构造。对于后者而言，根据煤层的厚度判断其是否具有稳定性，可以进一步分为薄煤层、中煤层及厚煤层等。在进行巷道掘进时，褶皱这种复杂的地质构造较为常见，可以根据褶皱程度将井田分成四类:一类煤层属于最好的情况，煤层的产状较为稳定，没有太多的起伏，基本不会影响到采区划分。二类煤层产状有一部分不稳定，存在少量的褶皱，对采区的划分有轻微的影响。三类煤层产状十分不稳定，存在很多的褶皱结构，在一定程度上影响采区的划分。四类煤层产状最不稳定，存在大量紧密相连的褶皱，对采区的划分产生了严重的影响。

2煤矿掘进施工的主要特征

（1）复杂性。煤矿掘进支护施工在开展过程中，往往会涉及到多道复杂的工序，整体施工程序十分复杂，并且相关工艺技术也比较复杂。与此同时，在实际煤矿掘进支护施工中，经常会存在一些与施工设计有出入的情况，这也在一定程度上增加了煤矿掘进支护施工的复杂性。在具体的实践中，必须要尽量提高支护施工技术方案的科学性与合理性，从而最大限度简化其施工过程。（2）地域性。在现实中，我国疆域广阔且跨越的气候带较多，因此导致煤矿掘进支护施工具有很强的地域性特征。由于不同地区的地质条件也往往各有差异，因此在实际煤矿掘进支护施工中，必须要根据当地的具体地质条件而采取合理的支护技术，而不能照搬别的支护施工方案，否则会带来很多问题，乃至引起严重后果。

3快速掘进巷道支护技术优化措施

3.1支护理论

巷道开挖后，原岩应力遭到破坏，原三向受力的稳定岩体变成不稳定的简支梁受力结构。受人工扰动的影响，顶部煤体裂隙发育明显，离层现象严重，导致顶煤无法作为直接承载体承担上覆岩层的重力。在煤层和岩层的交界处出现离层现象，离层处形成多个不整合面的梁体结构，较低的抗弯、抗压强度使得围岩在长时间应力作用下发生塑性破坏，临近煤层的岩层失稳将继续导致上覆岩层失稳，如此循环往复，导致离层错动严重，岩层间的不协调变形加快了围岩的破坏，如果支护强度过低，围岩变形加剧，会影响掘进工作的正常进行。有效支护的目的是通过锚杆锚索的预紧力，促使破碎岩层和完整岩层形成一定厚度的锚固层，支护作用范围应该覆盖巷道掘进的影响范围，处于锚固区的多层岩体形成厚度连续、完整的简支梁结构。虽然锚固层整体力学强度不及较硬岩层（砂岩、灰岩）的强度，但是大于松软煤体的强度。锚固层整体强度的增大，使它有效承担了上覆岩层的重力，减少了离层现象的发生，有效控制了围岩的变形。由此可见，支护锚杆贯穿的岩层厚度越大，形成的锚固层稳定性越高。在足够的预紧力作用下，通过补强弱岩层的稳定性协调不同岩层间的整体变形，实现了对不同埋深岩层的联动控制。

3.2掘进施工流程分析

在掘进速度方面，掘进技术是影响掘进速度的重要因素，因此，应根据采掘设备的切割路线和作业流程进行优化改进，使采空巷掘进采用煤巷S形截割法。假设巷道为标准的长方形截面，从左下部开始，根据圆筒的大小向下进行回切，使其总体路线呈S形。在操作过程中，具体的快切程序是：（1）对现场进行彻底清扫，并进行班前交接。（2）纵向切削。截割辊从巷道截面的左下角进刀，当所有的切割辊都进入煤层时，停止进刀，然后用铲板将切出的煤矸石送出。（3）横切刀具。从左侧到右侧的截割辊进行横向切削。（4）重复切割。截割辊切断到巷道右边的巷帮后再将机头抬起，反复进行一次回切。（5）对两组进行精细调整，及时清除残余煤炭，然后进行下一周期的切割。

3.3优化掘进设备

在煤矿巷道快速掘进工作中，最基础的条件之一就是掘进设备，而快速掘进技术是一项先进的作业技术，在作业和生产过程中对施工现场的要求很高。掘进设备的选择与工程安全密切相关。通过选用先进可靠的设备，可以在一定程度上提高工程的安全系数。在实际施工过程中，施工人员必须根据设备的种类正确操作，不能盲目地凭借自我意识去思考问题和使用设备。此外，在设备保养和维修过程中，维修人员应严格按照设备维修流程对设备进行全面检查，找出设备的主要问题，及时更换损坏的零件，确保掘进设备能够更加高效地运用于煤矿生产工作中。

3.4强化临时支护技术的使用

临时支护技术的使用对于一些复杂地质条件下的露天煤矿开采有很大程度的辅助作用。复杂特殊的围岩地质环境往往可能与工程前期的勘探分析结果有出入，应做好更全面和细致深入的研究分析，基于煤矿当下现场的地质勘察研究结果进行井下临时支护技术的液压系统规划，保障井下复杂地质条件影响下的巷道掘进支护技术能有效满足煤矿作业的安全需求，有效推动现代化煤矿工程的全面发展。

3.5特殊条件下的施工方法

（1）在机械化施工中遇到断裂，当断裂高度小于0.5m，且岩体硬度小于掘进机切割能力时，必须强制截断；当断裂高度超过0.5m或岩石硬度超过了掘进机的截割力时，必须中止掘进机的截割机，制定专门的安全技术措施，采取风镐与放炮相结合的方法对这一区域进行加固。（2）在巷道施工期间遇到地质条件改变时，会导致顶板上覆盖的岩层较薄，锚索的预应力不能满足要求。根据实际，采用Φ18.9mm×6300mm或Φ18.9mm×5300mm的锚杆进行支护，并在现场做好记号，以便随时观察顶板的动态。

结语

煤矿巷道支护与掘进工作的迅速进行，是煤矿生产安全、高效进行的重要保证，必须引起煤矿管理者的高度重视。在生产过程中，要积极组织专业技术力量，结合生产实际，探索科学、高效且安全的巷道支护与快速掘进技术，这对于提升矿井生产综合效益有着巨大作用。

参考文献

［1］李刚.煤矿巷道快速掘进工艺及设备配套现状与应用［J］.煤炭技术，2022，41(4)：32-34.

［2］韩阳红.煤矿巷道高效掘进技术分析［J］.能源与节能，2022(8)：125-127.

［3］田明富.采矿工程巷道掘进技术与支护技术分析［J］.西部探矿工程，2022，34(7)：174-176.