采矿工程巷道掘进及支护技术的运用

采矿工程巷道掘进及支护技术的运用

成永旭

身份证号：150429197101131210

摘要：采矿工程，作为支撑矿产资源开发的重要支柱，其巷道掘进与支护技术的水平直接影响着矿产开采的效率、安全性和经济性。本文旨在深入剖析现代采矿工程中这两项关键技术的最新进展与应用，以期为行业内的技术革新提供理论依据和实践指导。

关键词：采矿工程；巷道掘进；支护技术

1采矿工程巷道掘进技术

1.1传统掘进方法分析

传统的采矿工程巷道掘进方法主要可以追溯到凿岩爆破法和机械掘进法。这些方法尽管在历史上为矿产资源的开发做出了巨大贡献，但随着科技的进步和对安全、环保要求的提高，它们的局限性也日益显现。

凿岩爆破法，作为一种历史悠久的掘进技术，其基本原理是利用炸药的爆炸能量破碎岩石。此法操作简便，适应性强，尤其适用于硬岩地层，但在软岩地层中效率较低，且存在明显的安全隐患，如粉尘和噪声污染，以及爆破引起的地震效应可能对周围环境和结构稳定性造成影响。此外，爆破法的掘进速度受到人工操作和炸药消耗的限制，无法实现连续高效的作业。

机械掘进法，特别是在20世纪中叶以后得到了广泛应用，包括了各种类型的掘进机，如铲斗式、滚刀式、盘掘式等。这些机械能够连续不断地切割岩石，显著提高了掘进效率，减少了工人的劳动强度，且在一定程度上降低了对环境的破坏。然而，机械掘进法对巷道断面形状、岩石硬度和地质条件有较高要求，对于复杂的地质结构或软岩、破碎岩层，机械掘进的效率和安全性都会受到挑战。

尽管传统方法在特定条件下仍有应用，但它们无法满足现代采矿工程对高效率、低能耗、高安全性的要求。随着科技的进步，连续化掘进、智能化控制和节能环保技术的引入，如全断面掘进机、遥控操作、精确爆破等，正在逐步取代传统的巷道掘进方式。

1.2现代化掘进设备及技术应用

随着科技进步和行业需求的提升，现代化的掘进设备和技术在采矿工程中扮演着日益重要的角色。这些技术的引入不仅极大地提高了掘进效率，而且显著降低了人力成本和环境影响，同时还保障了作业安全。其中，全断面掘进机（TBM）的广泛应用是现代巷道掘进技术的一个重要里程碑。

全断面掘进机是一种集切割、支护、出渣等功能于一体的大型设备，它能够在较硬地层中以高效率连续掘进，减少了传统方法中的停顿和切换步骤。TBM的掘进过程更为精准，从而减少了对岩石的破坏，降低了粉尘和噪声污染，且由于其封闭式设计，能够有效控制工作环境，提高矿工的工作条件。

智能化控制是现代掘进技术的另一大特色。通过集成传感器和计算机系统，掘进机能够实时监测岩石硬度、地层结构变化，以及设备状态，进而自动调整掘进参数，如推进速度、旋转速度和切割力度。这种自主适应能力使得设备能在复杂地质条件下保持高效、安全的作业，减少了人工干预的必要，降低了安全隐患。

节能环保技术的引入也显著改变了巷道掘进的面貌。例如，采用低能耗的电动驱动系统，或通过改进刀具设计以降低能耗，同时，通过优化排渣系统，减少对周围环境的影响。此外，回收利用掘进过程中产生的热量，可以为矿井提供额外的能源，进一步实现资源的高效利用。

2采矿工程巷道支护技术

2.1支护材料与工艺分析

巷道支护作为采矿工程中的关键环节，其材料选择和施工工艺直接影响到巷道的稳定性、使用寿命以及矿工的安全。传统的支护材料，如木材、金属和混凝土，曾是巷道支护的主流，但随着科技的进步和新材料的研发，高性能合成材料、预应力混凝土和复合材料的使用逐渐成为现代支护技术的主流。

木材支护以其轻便、易得和可塑性好而被广泛应用，尤其在初期临时支护中。然而，木支护的耐久性差，易燃且对矿压的抵抗力不足，使得其在保证巷道长期安全方面存在局限。金属支护，如钢轨、钢管和钢拱架，强度高、耐久性好，但重量大，安装繁琐，且成本相对较高。混凝土支护，特别是预应力混凝土，克服了传统混凝土的脆性，能够提供更强的承载能力，并通过预应力技术提高了其抗弯性能，但施工复杂，需要较长的养护时间。

高性能合成材料，如高分子聚合物和玻璃纤维增强塑料（FRP），以其轻质、高强度、耐腐蚀和安装便捷的特性，逐渐在支护领域崭露头角。这些材料制成的锚杆、网片和托盘等支护组件，不仅降低了支护重量，还显著提高了巷道的抗冲击性和耐久性。预应力锚索技术的出现，通过预紧力的施加，增强了支护结构的稳定性和变形能力，有效防止了矿压引起的巷道破坏。

复合材料支护，如碳纤维增强聚合物（CFRP）和聚合物砂浆，结合了不同材料的优点，赋予支护结构更高的强度和抗疲劳性能，同时保持了轻质和易于安装的特点。这些材料的使用，尤其在软岩和不稳定地层中，可以显著提升支护结构的适应性和可靠性。

工艺方面，从传统的手工砌筑、机械安装到现代的预组装和机械化施工，支护工艺的革新同样促进了支护效率的提升。例如，预组装工艺允许在地面提前完成部分支护组件的装配，减少了井下的作业时间和风险。机械化施工则通过专用设备进行支护材料的安装，提高了工效，减少了对人工的依赖，同时也保证了施工质量的一致性。

2.2新型巷道支护技术研究

随着现代科学技术的发展，新型巷道支护技术的研究和应用在采矿工程中显得尤为重要。这些技术的运用不仅能提高巷道的稳定性，延长其使用寿命，还能有效防止矿压灾害的发生，为矿工提供一个安全的工作环境。本文将详细探讨这些新技术，包括高性能支护材料、动态监测与反馈系统以及智能控制策略。

高性能支护材料的使用是提高巷道支护性能的关键。传统的支护材料如木材、金属和混凝土，虽然在一定程度上起到了支护作用，但存在耐久性差、易燃、抗矿压能力不足等问题。随着科技的进步，高性能合成材料如高分子聚合物和玻璃纤维增强塑料（FRP）等被引入到支护领域。这些材料具有轻质、高强度、耐腐蚀和安装便捷的优点，制作成锚杆、网片和托盘等支护组件后，能显著提升巷道的抗冲击性和耐久性。预应力锚索技术的出现，通过预紧力的施加，增强了支护结构的稳定性和变形能力，有效防止了矿压引起的巷道破坏。

动态监测与反馈系统对于实时监控支护状态具有重要意义。通过安装在巷道内的传感器，可以实时收集数据，如巷道的变形、位移、应力等，这些数据可以传输到地面的监测中心进行分析。通过监测系统，可以及时发现巷道的不稳定因素，为支护策略的调整提供了依据。这不仅提高了支护的精确性，也降低了矿工的安全风险。

智能控制策略则能根据监测数据和历史数据，实时调整支护策略。通过运用机器学习算法，系统可以学习并预测巷道的变形模式，据此选择最合适的支护材料和结构，实现动态调整。这种方法不仅提高了支护的效率，也减少了人工干预的必要。

结语

本文为采矿工程的巷道建设提供了全面的理论与实践参考，为推动行业的技术革新与可持续发展做出了重要贡献。这些研究成果不仅为提高采矿效率、降低工程成本、保障矿工安全提供了有力支持，也为采矿工程的高效、安全与环保提供了理论依据和技术指导。我们期待在新的技术浪潮下，巷道掘进与支护技术的进一步发展将为采矿业带来更大的潜力与机遇。

参考文献

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[2] 林磊.采矿工程巷道掘进和支护技术的运用初探[J].《中国金属通报》,2024年第1期32-34,共3页

[3] 闫伟.煤炭采矿工程巷道掘进和支护技术分析[J].《低碳世界》,2024年第2期49-51,共3页