关于采矿工程巷道掘进与支护技术探讨

关于采矿工程巷道掘进与支护技术探讨

张贵红

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摘要：探讨采矿工程中巷道掘进与支护技术的发展与应用，分析不同地质条件下掘进方法的选择及其对支护技术的影响。通过技术对比，提出优化掘进与支护方案的策略，以提高巷道稳定性和安全性。

关键词：采矿工程；巷道掘进；支护技术

引言：随着矿业开发的深入，巷道掘进与支护技术成为确保矿山安全高效生产的关键。本文旨在探讨当前巷道掘进技术的进展及其与支护技术的协同作用，为矿山工程提供技术支持和改进建议。

1.巷道掘进技术概述

1.1传统掘进方法

在采矿工程中，传统掘进方法主要包括爆破掘进和机械掘进两种。爆破掘进依赖于炸药的爆炸力来破碎岩石，这种方法虽然成本较低，但其对岩体的破坏性大，且安全性相对较低，容易引发岩体崩塌和瓦斯爆炸等事故。机械掘进则主要依靠掘进机等设备进行岩石的切割和破碎，这种方法对岩体的破坏较小，但设备成本高，维护难度大。传统掘进方法在一定程度上满足了早期采矿的需求，但随着技术的进步和安全要求的提高，其局限性逐渐显现。

1.2现代掘进技术

现代掘进技术在传统方法的基础上有了显著的改进。全断面掘进机（TBM）的应用，使得巷道掘进效率大幅提升，同时减少了岩体损伤。TBM通过旋转刀盘上的刀具对岩石进行连续切割，配合输送系统将破碎的岩石排出，实现了掘进、支护和排渣的一体化作业。此外，定向钻进技术的引入，使得巷道掘进更加精确，减少了不必要的岩体破坏。现代掘进技术不仅提高了掘进速度，更重要的是提升了作业的安全性和环境友好性。

1.3掘进技术的发展趋势

随着科技的不断进步，巷道掘进技术正朝着智能化、自动化方向发展。智能掘进系统能够通过传感器和数据分析技术，实时监测岩体状态和设备运行情况，自动调整掘进参数，以适应不同的地质条件。同时，3D打印技术在巷道支护中的应用，使得支护结构更加精确和高效。未来，掘进技术将更加注重环境保护和资源节约，例如通过回收利用掘进过程中产生的废石，减少对环境的破坏。

2.巷道支护技术分析

2.1支护材料与结构

在采矿工程中，巷道支护材料与结构的选择是确保矿井安全稳定的关键因素。传统的支护材料主要包括木材、钢材和混凝土等，这些材料各有其优缺点。木材因其轻便易得，曾在早期矿山中广泛使用，但其耐久性和承载能力有限，不适用于深部或高应力环境。钢材以其高强度和良好的韧性，在现代矿山中占据重要地位，但成本较高且易受腐蚀。混凝土则因其良好的耐久性和经济性，成为深部矿井支护的优选材料。随着科技进步，新型复合材料如玻璃纤维增强塑料（GFRP）和碳纤维增强塑料（CFRP）也逐渐应用于巷道支护，这些材料具有更高的强度重量比和耐腐蚀性，但成本相对较高，目前主要用于特殊环境或关键部位的支护。

2.2支护技术的分类

巷道支护技术可根据其作用原理和实施方式进行分类。被动支护技术主要依赖于支护材料的自身强度来抵抗围岩压力，如锚杆支护、钢拱架支护和喷射混凝土支护等。这些技术在巷道掘进后立即或短时间内实施，以迅速稳定围岩。主动支护技术则通过改变围岩的应力状态或增强围岩的自身稳定性来实现支护，如预应力锚杆支护、注浆加固和冻结法等。这些技术在巷道掘进前或掘进过程中实施，通过预先加固围岩来减少后期维护成本。此外，还有组合支护技术，结合了被动和主动支护的优点，如锚喷支护和锚网喷支护等，这些技术在实际工程中应用广泛，能够有效应对复杂多变的矿山环境。

2.3支护技术的选择标准

选择合适的巷道支护技术需综合考虑多种因素。地质条件是首要考虑的因素，包括围岩的稳定性、地应力状态和地下水情况等。不同地质条件下，支护技术的有效性和经济性差异显著。例如，在软弱围岩中，应优先考虑采用主动支护技术，如注浆加固，以增强围岩的稳定性；而在坚硬围岩中，则可采用被动支护技术，如锚杆支护，以节省成本。巷道的用途和尺寸也是重要考虑因素，不同用途的巷道对支护的要求不同，如运输巷道需要更高的稳定性和安全性，而通风巷道则可适当放宽要求。此外，施工条件和工期限制也会影响支护技术的选择，如在紧急情况下，可能需要采用快速施工的支护技术，如喷射混凝土支护。最后，经济性是不可忽视的因素，支护技术的选择应在确保安全的前提下，追求成本效益最大化。

3.掘进与支护技术的协同作用

3.1掘进方法对支护的影响

掘进方法的多样性，如钻爆法、连续采煤机法、掘进机法等，对支护技术提出了不同的要求。钻爆法产生的震动和破碎岩体，需要更加强固的支护结构来抵抗围岩的不稳定因素。连续采煤机法和掘进机法则因其连续作业的特点，要求支护技术能够快速响应，确保巷道的稳定性和安全性。因此，选择合适的掘进方法是优化支护策略的前提，能够有效降低支护成本，提高采矿效率。

3.2支护技术对掘进的反作用

支护技术的进步，如锚杆支护、喷射混凝土支护、预应力支护等，不仅提高了巷道的稳定性，还对掘进效率产生了积极影响。高效的支护技术能够快速形成稳固支护，缩短了掘进与支护之间的等待时间，提高了整体掘进速度。此外，合理的支护设计还能减少掘进过程中的岩体破碎，降低了围岩压力，为掘进作业创造了更安全的条件。

3.3协同优化策略

为了实现掘进与支护技术的协同优化，需要综合考虑地质条件、采矿方法、巷道用途等因素，制定合理的掘进与支护方案。采用先进的地质勘查技术和数据分析方法，可以更准确地预测围岩的稳定性，为掘进方法的选择和支护技术的实施提供科学依据。

4.技术挑战与未来发展方向

4.1当前技术面临的挑战

随着采矿深度的增加，高温、高压、高应力的恶劣环境给掘进与支护技术带来了巨大挑战。传统的掘进方法和支护技术难以适应深部开采的需要，安全风险和成本控制成为亟待解决的问题。同时，环保政策的趋严要求采矿工程在提高效率的同时减少对环境的影响，这对掘进与支护技术的环保性能提出了更高要求。

4.2技术创新的需求

面对挑战，技术创新成为推动采矿工程巷道掘进与支护技术发展的关键。研发适应深部开采条件的新型掘进设备和支护材料，提高掘进效率，降低围岩应力，是当前技术发展的重点。同时，探索绿色采矿技术，如无煤柱开采、充填开采等，减少对环境的影响，也是技术创新的重要方向。此外，智能化、信息化技术的应用，如智能掘进机器人、远程监控系统等，将为采矿工程带来革命性的变化，提高作业的安全性和效率。

4.3未来发展趋势预测

未来的采矿工程巷道掘进与支护技术将朝着智能化、绿色化、高效化方向发展。智能掘进与支护系统将集成先进的传感器、数据分析和人工智能技术，实现对掘进过程的实时监控和智能决策，提高作业的安全性和效率。同时，绿色采矿技术的广泛应用将减少对环境的影响，实现资源的可持续开发。此外，随着深部开采技术的不断突破，采矿工程将能够更深入地探索地球资源，为社会经济发展提供坚实的物质基础。

结语：巷道掘进与支护技术是采矿工程中的核心环节，其技术进步直接关系到矿山的生产效率和安全。通过不断的技术创新和优化，可以有效提升巷道的稳定性和矿山运营的安全性。未来，随着新材料和新技术的发展，巷道掘进与支护技术将迎来更多突破。

参考文献

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