复杂地质条件下煤矿开采掘进支护技术研究

复杂地质条件下煤矿开采掘进支护技术研究

顾振平

开滦（集团）东欢坨矿业分公司，河北 唐山 063000

摘要：由于我国对煤炭资源需求日益增加，煤炭资源开发强度和难度越来越大，加之地质型矿井开采面临的多种复杂环境，矿井开采技术仍需完善。现阶段，掘进支护技术已成为煤炭行业研究的重点，通过对煤矿复杂地质条件下的掘进支护技术进行研究，为煤矿开采提供技术支持。本文探讨在复杂地质条件下煤矿采煤掘进和支护的关键问题，并提出解决策略。通过对复杂地质条件下采煤掘进和支护措施的研究，可以为煤矿采煤工作的安全进行提供有力支持。

关键词：复杂地质；煤矿；掘进；支护

引言

在煤矿采煤掘进过程中，复杂地质条件给工作带来了许多挑战。由于地层构造、地下水、断层等因素的存在，使得采煤掘进过程中的支护技术变得更加复杂和关键。为了提高采煤效率和保障工作安全，采煤掘进支护技术的应用成为了一个极其重要的研究领域。

1煤矿掘进支护概述

煤矿掘进支护是指在煤矿开采和掘进过程中，采用各种支护措施来保持和加固矿井巷道的稳定性，以确保工作人员和设备的安全。煤矿掘进支护工作是煤矿开采工程中非常重要的一部分，也是保证矿井正常运行和安全生产的关键环节。掘进支护的目标主要是实现以下几个方面的要求：第一，保持巷道的稳定性：掘进支护应能有效地抵抗巷道壁面的压力和变形，保持巷道的整体稳定，防止塌方和冒顶等事故发生。第二，分隔煤与矿岩：掘进支护要能够有效地分隔煤层与围岩，防止煤与岩体交叠混杂，确保矿井的工作面顺利开采。第三，提供安全通道：掘进支护应为矿工提供安全的工作和逃生通道，以应对突发情况。第四，提高采煤效率：通过合理的掘进支护设计和施工，能够提高采煤效率和生产率，减少生产中的停工时间。常见的掘进支护技术包括：第一，锚杆支护：通过预埋锚杆或锚索将巷道壁体与围岩连为一体，提高巷道的整体稳定性。第二，钢拱架支护：采用钢拱架支撑巷道顶板，增加巷道的承载能力和稳定性。第三，喷射混凝土支护：利用喷射混凝土将巷道壁体加固，增加其强度和稳定性。第四，锚索网支护：采用锚索网在巷道壁面进行加固，增加巷道的抗剪和抗拉强度。掘进支护技术的选择需要根据具体的地质条件、开采方式、巷道尺寸等因素进行考虑。同时，支护工程的施工质量和设备状态的监测与维护也是保证支护效果和矿井安全的重要环节。

2复杂地质条件下煤矿掘进问题分析

2．1作业环境恶劣

复杂多变的地质煤矿掘进中，水害和冲击地压严重影响安全性。空顶空帮为巷道安全管理带来诸多隐患，对其进行围岩控制是一大难题。矿井失水、瓦斯突出、顶板失稳和冲击地压等灾害造成的人员伤亡占极高比重，采场粉尘不仅对作业人员的人身安全造成严重威胁，还会对机器视觉技术在巷道建设中的应用造成极大挑战。

2．2地质条件复杂

煤岩地质条件复杂，以软岩和大变形为主的特征比较突出。煤岩体中的大尺度空间分布、非均质断裂和褶皱等特征，为切割和钻孔带来巨大挑战。我国矿山中，软岩相对占比较大，受风化影响，煤层强度显著降低，导致巷口围岩控制更加困难。

2．3作业程序繁杂

煤巷开挖主要包括截割、落煤和临时支护，受现场条件制约，一般采用不间断作业。其中，锚杆施工过程较为复杂，涉及布网、锚固剂和预紧力等多个环节，而支护在整个成巷过程中所占时间最多，是影响巷道施工进度的主要因素，也是实现该技术智能化的关键。

3复杂地质条件下的煤矿采煤掘进支护技术应用

3.1直接破顶法的应用

在煤矿工业运营过程中，为更好地发挥提升直接破顶技术的作用，可以尝试采用掘进直接冲击技术，进一步提高稳定材质围岩施工的设计价值，从而更好地确保锚网索支护技术应用的整体质量。在进行顶板岩石施工的时候，岩层的硬度一般不超过5m，或者不超过2m。当然，在采用直接破顶技术的时候，也有可能遇到岩体脆弱的问题，一旦这类问题发生，就不能很好地确保掘进支护的稳定。所以，在复杂的地质条件下应用直接破顶法的时候，要以实际情况为依据，对其进行灵活的应用和选择，从而进一步提升破顶法的作用价值。

3.2地质煤矿掘进退后卧底技术

应用退后卧底技术有一定前提，要在掘进作业区保障顶板具有较强完整性和稳定性，并且掘进作业区域地表和顶板要保持一定距离，为后期支护工作提供保障，发挥退后卧底掘进作业的优势，及时避免岩层冒落现象，其作业路线采用退后方式。同时，卧式采煤法在采煤过程中，始终保持均匀向前运动，可以有效保证采煤巷道稳定性，让岩层结构更加坚固，全面增加地质煤矿掘进作业安全系数。

3.3光爆锚喷支护技术

在煤矿开采掘进时，主要采用的是光爆锚喷支护，该支护技术在应用时必须要重视有关参数的设置，包括耦合系数、炸药用量、最小抵抗线、装药实际结构、炮孔间距数值等。在实际应用中，只有对这些参数进行合理的设定，才能确保支护的作用最大化，从而更好的保障了掘进作业的稳定与安全。在作业时，需要注意四个方面：第一，在进行具体的施工前，要按照实际情况来布置相应的工作，主要是明确矿山周边的位置和建筑岩块的位置，然后要按照实际情况来有针对性地加强巷道的有关部分，以提高围岩基础的稳定与安全。第二，对需要加强的部分，采用锚杆保护，并利用相应的支护系统，对相应的部分进行进一步的加强。第三，对围岩区的负载进行持续的优化、改进、加强，利用外力来控制煤岩巷内的自重、应力，确保煤岩巷内的总体环境稳定、安全。第四，采用光爆锚杆技术，将梁式结构结合起来，可有效地增强薄岩层及锚固段的稳定性及安全性，确保整个巷道具有充分的承载能力。

3.4锚杆临时支护中U钢法的应用

在煤炭生产中，由于矿井地质情况比较复杂，断裂落差大，容易造成煤层的垮塌。为确保矿山开采的安全，提高矿山开采的质量与效率，可根据煤层开采特点，采取超前支护、固定支护、临时支护等多种支护方式，并在此基础上，采用U形钢支架和锚杆支护技术，如此对提高煤层开采的稳定性也有很大助益。但是，这个支护方式通常只会解决暂时性问题，在矿井中由于巷道的特殊性，为了保证施工的安全性，必须将有关技术与其他措施有机地结合起来。

3.5地质煤矿掘进智能支护技术

地质煤矿掘进智能支护技术是解决锚杆支护人员少、无人值守等问题的一项重要技术，主要研究内容为自动钻架机构、轨迹跟踪与定位、树脂锚固剂自动充填以及网布与自适应成孔等。全自动锚杆钻机可以独立完成整个锚杆支护，使用锚箱转换+链式锚杆仓智能锚杆模块，可以实现钻孔和安装锚杆的全自动化，使用扭矩传感器对钻井速度和钻箱转速进行控制，拥有较强自适应能力，从而实现钻箱工作参数的最优化。在操作过程中，全自动锚杆钻机可避免钻头过度磨损，在此基础上增加旋转速度。同时，充分运用分段线性回归法和不确定区间法，对钻杆位置误差进行补偿，再利用气压填充技术，自动填充锚固剂和自动安装锚网。但是该技术受限于掘锚机空间条件，尚无理想的解决方法，亟待向智能钻机小型化、工艺简单化和自检三个方向发展。

结束语

在复杂地质条件下进行煤矿采煤掘进和支护是一项具有挑战性的工作。通过地质勘察、采煤策略应用，我们可以有效克服这些挑战。希望本文提供的策略和建议能够为相关领域的从业者提供有益参考，推动煤矿开采工作进一步发展。

参考文献

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