煤矿掘进巷道支护技术优化研究

煤矿掘进巷道支护技术优化研究

谭龙 王建 吕明远       

枣庄大兴矿业有限责任公司   277300

摘要：本文旨在研究和优化煤矿掘进巷道支护技术，以提高矿井安全性和生产效率。通过对不同支护技术的比较分析，本文深入探讨了当前常用的巷道支护方法存在的问题，并提出了一系列优化方案。研究表明，通过采用先进的支护技术，可以有效减少巷道塌方风险，提高工作面的稳定性，降低事故发生率。文章还介绍了在实际工程中的应用案例，验证了优化技术的实用性和可行性。

关键词：煤矿；掘进巷道；支护技术；安全性；生产效率

引言

随着我国煤矿行业的快速发展，煤矿掘进巷道作为矿井重要的通风、运输和采煤通道，其稳定性和安全性成为保障整个矿井生产安全和高效运营的重中之重。但是，传统的巷道支护技术在满足日益增长的采煤需求时，也面临着一系列严峻的挑战和问题。

一、当前支护技术概述

（一）常见支护方法及其特点

目前在煤矿巷道中广泛应用的支护方法主要包括钢支撑法、木支撑法、锚杆支护法、液压支架法等。这些支护方法各自具有一定的优势和适用范围。例如，钢支撑法以其稳定性和承载能力较强而被广泛采用，木支撑法则因其成本较低、易获取而在一些小型煤矿中得以应用。锚杆支护法通过巩固巷道围岩，提高了巷道的整体稳定性，而液压支架法则以其灵活性和适应性较强而在特定条件下表现出色。

（二）存在问题与挑战

在煤矿巷道支护实践中，一些普遍存在的问题给矿井的安全稳定运营带来了严峻的挑战。首要的问题之一是巷道塌方事故的频繁发生。由于传统支护方法在围岩变形和采空区影响下的稳定性较差，煤矿巷道往往面临着较高的塌方风险。这种情况不仅威胁到矿工的人身安全，对矿井的连续生产和经济效益构成了重大威胁。

另外，传统支护方法在应对煤层厚度差异、地质构造不均匀等复杂地质条件时存在技术瓶颈。当前的支护技术往往难以适应煤层深埋、复杂地质构造等特殊条件，导致巷道支护难以实现全面、精准的覆盖，从而降低了巷道的整体稳定性。

二、优化研究方法

（一）先进支护技术综述

本研究对国内外煤矿巷道支护技术的最新研究成果进行分析。重点关注了一些先进的支护技术，如激光扫描技术、全断面锚杆支护技术等。这些技术在提高巷道稳定性、适应复杂地质条件等方面展现出显著的优势。通过对这些技术的深入了解，能够借鉴其成功经验，为我国煤矿巷道支护技术的创新提供参考。

激光扫描技术，作为一种高精度的地质勘探手段，能够实时获取巷道围岩的三维形态信息，为支护方案的制定提供了有力的数据支持。全断面锚杆支护技术通过在巷道两侧设置全断面的锚杆，增强了围岩的整体稳定性，有效减缓了围岩变形的速度。这些先进技术在提高巷道支护效果时，也为寻找解决当前问题的创新路径提供了启示。

（二）优化方案提出与原理

在对先进支护技术进行深入了解的基础上，本研究结合实际煤矿工程情况，提出了一系列巷道支护技术的优化方案。这些方案主要包括：

应用数字化监测系统：引入数字化监测系统，实时监测巷道围岩的位移和应力变化，为及时预警和采取措施提供数据支持。

结合激光扫描技术进行预测：利用激光扫描技术对巷道围岩进行高精度三维形态测量，通过数学模型对围岩稳定性进行预测，为支护方案的制定提供科学依据。

全断面锚杆支护技术改进：在传统全断面锚杆支护技术的基础上，结合工程实践经验，改进锚杆材料和结构设计，提高支护系统的整体承载能力。

这些优化方案的提出是基于对当前支护技术存在问题的深入分析和对先进技术的理解。通过这些优化方案，旨在提高巷道支护系统的稳定性、适应性和全面性，为煤矿掘进巷道的安全生产和高效运营创造更有利的条件。

三、案例分析

（一）案例选择与描述

选取的巷道为该煤矿主要采煤通道，巷道长度约500米，煤层埋深在400米左右，地质条件包括砾岩、泥岩等多种岩层。由于长期采煤导致地表沉降，巷道围岩发生了不同程度的变形和裂隙。

在传统支护技术下，该巷道曾发生过多次塌方事故，严重影响了矿井的正常生产。为了解决这一问题，在该巷道中应用了提出的优化方案，包括数字化监测系统的应用、激光扫描技术的预测和全断面锚杆支护技术的改进。

（二）改进技术在实际工程中的应用效果

第一，引入了数字化监测系统，通过在巷道中设置监测点，实时监测巷道围岩的位移和应力变化。监测系统显示，巷道围岩的位移速度明显减缓，应力分布更加均匀。数字化监测系统的应用，使得巷道支护系统能够及时响应变形，大大降低了塌方风险。

第二，激光扫描技术的应用为巷道支护提供了高精度的数据支持。激光扫描结果显示，在巷道使用优化支护技术后，围岩的裂隙减少，整体形态更加稳定。数值模拟进一步验证了支护方案的科学性，为后续巷道支护的设计和施工提供了重要参考。

最后，全断面锚杆支护技术的改进在该巷道中得到了应用。通过优化锚杆的材料和结构设计，支护系统的整体承载能力得到提高。监测数据显示，巷道的稳定性显著增强，围岩的变形速度明显减缓，进一步减少了塌方风险。

通过以上的改进技术的应用效果观察，该煤矿巷道支护系统的安全性和稳定性得到显著提升。在使用优化支护技术后，巷道塌方事故的发生频率大幅下降，矿工工作环境得到明显改善，矿井的生产效率也得到提高。巷道支护系统的综合效果得到了实际验证，为其他矿井在巷道工程中的类似问题提供了有力的借鉴。

四、未来研究方向

（一）生物材料在支护中的应用研究

一项具有潜力的未来研究方向是探索生物材料在煤矿巷道支护中的应用。传统支护材料的使用往往涉及到环境污染和资源消耗等问题。通过引入生物材料，如生物胶凝土、植物纤维等，可以降低对环境的影响，提高支护系统的可持续性。相关研究可以深入探讨生物材料的力学性能、抗腐蚀性能以及可持续性等方面，为未来支护技术的绿色发展提供新的思路。

（二）智能化支护系统的发展

随着人工智能技术的迅猛发展，未来的研究可以集中于智能化支护系统的设计与应用。通过结合传感器、人工智能算法等技术，实现支护系统的智能监测、自动调整，提高支护系统的适应性和响应速度。智能支护系统不仅可以提前感知潜在的问题，还能够根据实时数据进行实时调整，最大程度地减少人为干预，提高矿井的安全性和生产效率。

（三）巷道支护与绿色矿山的一体化研究

未来的研究还应关注巷道支护与绿色矿山建设的一体化研究。通过优化支护技术，减少资源浪费，降低环境影响，实现矿山工程的可持续发展。该方向的研究可以探讨巷道支护与绿色矿山理念的融合，为实现矿业的环保、节能、可持续发展提供更为系统和综合的解决方案。

在未来的研究中，需要紧密结合煤矿工程实际需求，推动煤矿巷道支护技术的创新与发展。以上提出的研究方向将有助于更好地应对复杂多变的地质条件，提高煤矿巷道的安全性、稳定性和绿色化水平，为我国煤矿行业的可持续发展提供有力支持。

五、结论

通过对煤矿掘进巷道支护技术的问题分析、优化方案的提出、实际案例分析以及未来研究方向的探讨，本研究为提高矿井安全性和生产效率提供了科学的理论基础和实践经验。通过创新的支护技术和智能化手段，可更好地适应不同地质条件，为煤矿行业的可持续发展做出贡献。

参考文献：

[1]周晋杰,孙克文,高永飞.沿空巷道掘进支护技术的实践应用[J].内蒙古煤炭经济,2023,(23):118-120.DOI:10.13487/j.cnki.imce.024536.

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