1、煤矿采矿工程中掘进和支护技术的应用郭春钢(枣庄矿业 集团 济宁七五煤业有限公司，山东济宁277600)摘要:我国经济和社会快速发展，能源和资源需求量越来越大，煤炭作为一种重要资源，浅层地表储量已开采殆尽。为了保证生产，必须在埋藏较深、地质构造复杂的矿井中开展采矿工作。为了保证煤矿生产安全，必须在矿井中推广支护技术。本文对煤矿采矿工程掘进和支护技术的应用进行了分析。关键词:煤炭采矿;掘进技术;支护技术中图分类号:F4043;TD2633文献标识码:B文章编号:10080155(2023)02012703在矿井生产过程中，巷道是地面与矿井重要通道，既是煤炭输送的必经之路，又是实现矿井通风、排水等作
2、业的关键工程。在矿井开采中，掘进和支护是保证安全的先决条件和基础，尤其在矿井地质条件比较复杂的情况下，必须不断完善巷道掘进和支护技术，以保证矿井的强度和稳定性，从而保证矿井安全。1 掘进与支护技术概述在煤炭开采前，必须在矿井开挖一定数量的巷道，以保证运输安全。煤矿巷道掘进与支护技术是为矿井巷道的开挖与支护提供支撑的技术。总体上可分为掘进与支护两大类。11 煤矿采矿工程掘进施工矿井开采工程有多种开挖方法，最常用的有锚喷联合开挖、大断面连续开挖、综合机械化开挖。不同的开挖方式需应用不同的设备和不同的开挖方案，以形成整体协调的掘进结构。因此，在矿井施工中，巷道掘进逐步建立了一体化应用体系，并将工程装
3、备与施工装备结合，既能提高作业效率，又能保证连续、不间断地作业。综上所述，在矿井开采工程施工中，必须对周围环境进行系统化分析，使应用方案与实际应用情况匹配，保证应用效果1。一方面，地质条件的变化会影响矿井的掘进速度，而地质条件是客观的，如果矿区地质环境发生褶皱构造、岩体硬度超标、裂缝加深，不仅会给矿井掘进带来困难，还会造成潜在危险，甚至会出现水灾、瓦斯溢出等一系列问题。因此，要从根本上改善矿井开采效率与质量，必须对矿井的地质环境进行调查、分析，通过对某一特定的地质条件进行有效评估，使其更合理、更有针对性。同时，围岩强度对巷道施工的影响很大，而围岩荷载是影响承载力的主要因素，当负荷增大时，地面压
4、力增大，顶板变形减少，这就能满足基础的掘进和支护需求。煤矿采矿工程施工图如图 1 所示。图 1煤矿采矿工程施工图12 煤矿采矿工程支护技术掘进工程结束后，必须采取适当的支护措施，以确保煤矿的安全和稳定。支护技术多种多样(见表 1)，应根据情况选用不同的支护方案。表 1支护技术序号内容主要方式1支护力作用在巷道围岩表面支架、喷射混凝土等2支护力不但作用在围岩表面，还作用在围岩内部锚杆和锚索支护3改善巷道围岩力学性质，增加强度注浆加固4改善巷道围岩应力状态，巷道处于低应力区应力控制技术支护技术的关键作用是建立可靠、安全的矿井安全运行机制。因此，在进行掘进与支护时，不能将两者分离开来，而是要建立起完
5、整的连接体系，确保支护技术方案的有效实施，保证矿井工程施工质量。而且，在掘进工程的施工中，如果遇到软岩体和其他不稳定的情况，必须采取支护措施，以降低风险。2 煤矿采矿工程掘进与支护技术的作用在矿井施工中，为保证矿井安全，必须设置详细的721DOI:10.13487/ki.imce.023197工作程序。在采矿时，要保证地下开采作业稳定、保证生命安全、保证矿井在采矿期间可以及时地运送，因此必须采用支架防护技术。为了使矿井能够正常生产，必须确保井巷开挖、井巷支护等安全措施落实，保证井巷作业的正常，保障施工安全有序，避免出现危险。矿井情况比较复杂，巷道有大量的软质矿物，很容易造成崩塌，可采用锚杆支护
6、支撑巷道内部2。3 煤矿采矿工程掘进和支护过程中的影响因素在矿井开采过程中，巷道的掘进与支护存在以下影响因素:一是工程技术因素。煤矿生产中采用了炮采、综采等技术。在采矿过程中，要根据深度进行采矿，这需要根据地形进行计算和设计。因此，这类掘进技术的应用对操作人员的技术要求很高，且要重视对顶板设备的管理，保证采矿作业安全和生产效率。二是软岩问题。软岩是煤矿生产普遍存在的一种岩层，既有地质软岩，也有工程软岩。前者显示强度高、孔隙度大，而后者在工程力的作用下易产生明显的塑性变形，因此必须对强度和工程力荷载关系进行分析，并根据软岩性质和引起的塑性变形进行分类。三是应力因素。矿山开采过程中，受压力的影响，
7、巷道发生变形、破裂，造成岩层挤压而变形断裂等问题。同时，矿井压力导致了应力、变形集中，严重影响了矿井的正常生产和安全生产。因此，必须采取合适的安全防护和泄压保护措施，以减少应力挤压，避免引起岩体变形、井巷崩塌等问题3。4 煤矿采矿工程巷道掘进和支护技术要点41 矿井开采中的巷道施工要领在掘进过程中，必须从方案的设计、地质调查、选材、配套技术等方面入手，落实全程技术监督制度，对工程项目的具体情况进行综合分析，根据相关资料实行规范的掘进控制措施，确保施工作业的规范化。第一，地质勘查。技术人员要根据项目的具体要求，对勘查程序进行细化，对应力围岩强度、应力大小、结构性能等进行详细的记录，并根据所收集的
8、资料建立数据模型，确保数据的准确性。第二，制订方案。对工程地质条件进行综合分析后，要根据实际情况，选用更好的办法。例如，大断面的连续开挖一般使用专门的掘进设备，采用连续式或间断式的运输方式，适用于基础稳固的施工环境。如果采用综合机械化挖掘，必须配备掘进、机电、运输、防尘等设备，为保证工程的顺利进行，还应针对不同的工程特点选用适当的挖掘机。第三，对施工设备、支护材料等进行科学管理，不仅可以加快施工速度，而且还可以保证施工进度，保证巷道规划和设计工作的合理性。比如，要想与钻眼爆破结合，就必须把炮眼控制在合适的深度，用煤电钻保证优化炮眼的深度和距离。第四，为确保矿井开采作业的合理、安全，必须采用通风
9、、降尘技术，确保正常开采。一般情况下，矿井的掘进工程会安装机械通风设备，针对不同的场地环境、地质条件进行操作，并根据不同的施工条件制订作业流程。另外，施工单位要保证通风系统的品质检验和故障诊断，并指定专门人员进行维护，以防止因操作不当而影响整个项目的安全。42 煤矿采矿工程巷道支护要点在矿井开采工程中，为防止施工作业对围岩造成安全问题，必须实施技术措施。一般情况下，巷道开挖后，周围的应力会集中、强度会下降，如果围岩应力超出强度指标，就会发生岩体断裂。当围岩应力与强度指标相同时，结构为最优平衡;当围岩的应力参数小于强度时，说明该岩体总体处于稳定状态。松动圈理论认为，松散环数愈大，支护难度愈高。为
10、此，必须依据松动圈的情况，选用适当的支护方案:L 大于 150cm时，采用组合拱方法确定喷锚网;L=40150cm 时，采用锚网、锚杆等支护方法，利用悬挂原理，确定锚杆支承参数;L=040cm，用喷射混凝土进行支护4。5 支护技术51 锚杆支护在煤矿建设项目中，锚杆支护是一种常用的支护方法，既能提高巷道围岩的受力性能，又能形成较好的支护效果，具备很好的适应性和稳定性。因此，锚杆支护技术是一种应用范围很广的技术，值得推广。松动圈理论如图 2 所示。图 2松动圈理论一方面，锚杆支护技术可以对破坏巷道进行有效修补，并通过锚杆进行局部修补，防止因受压而造成巷道开裂。同时，对巷道内出现的浮动石块采取锚杆
11、支护技术，可有效减少岩体滑动对使用和安全的影响。另一方面，当巷道壁隆起时，采用锚杆支护技术可以有效减少巷道底鼓问题，尤其是巷道地面隆起时，会对施工产生一定的影响，常规方法是将突起物铲除，但821这不能从根本上解决问题，必须不断挖坑。在采用锚杆支护技术时，可以有效拉近巷道的底板位置，从而避免突起物的产生。52 混凝土支护技术混凝土支护:在混凝土支架的制造中采用喷射混凝土的方法，并将锚杆和混凝土支护有机结合起来，以保证围岩的安全。因此，在实际作业中，必须对喷淋装置进行科学配置，并通过合理的布局保证作业的效率和安全。在掘进完毕后，要及时安装临时锚杆，将混凝土喷到要求的厚度，用锚网喷出加强金属网的强度
12、，提高混凝土支架的整体性能。53 棚式支护技术在采掘工作前执行的支架技术计划，为了增加硬度，使用了金属支架，达到了最佳的支护效果。在采取顶板支护技术时，必须按井巷围岩稳定性分级设计原则，根据模糊聚类分析的样本分类趋势，将回采巷道围岩的稳定性分为 5 个基本类型，使其符合棚式支护形式。巷道的围岩状况十分稳定，顶板位移率5%，支护强度为 030kN/m3，采用点柱或刚性锚杆支撑，间隔约 10m，设 12 列，锚固力保持在 5070kN/m2。巷道的围岩状况较为稳定，顶板的位移在5%10%之间，支护强度为 30 70kN/m3，使用刚性的金属支架或刚性的锚栓，棚间间距为 08m，锚固力为 5070k
13、N，锚杆密度为 1012m/m3。巷道围岩处于中度稳定状态，预计巷道顶板的位移率为 10%20%，支护强度为 70 150kN/m3，采用梯形伸缩支架、拱形伸缩支架等，其顶棚间距为 0608m，纵向伸缩范围为 200 400mm，锚固力为 5070kN/m，锚杆密度为 1215m/m2。巷道的围岩状况处于不稳定状态，顶板位移率为 20%35%，支护强度为 100 200kN/m3，采用可伸缩支架、拱形支架等，棚间距控制在 0608m，纵向可伸缩范围为 400600mm。同时，采用中柱结构加固工作面前方采动的影响区域，采用拉杆对支架之间的连接物进行加固，完成后再将后面板密封。巷道的围岩十分不稳定
14、，顶板位移率35%，支护强度 150 250kN/m3，采用可伸缩式支架或拱形可伸缩支架，当围岩压力不均匀时，采用方形环和长形环，可使压力均匀分布，棚距约为 06m。另外，由于上述参数是评价围岩稳定的客观指标，所以需要运用数据分析、概率分析等手段，对巷道掘进深度、巷道顶部、底板的单向抗压强度进行有效分析，从而得到围岩的变形情况，并据此估算施工阻力。确定各支座的承载力，根据顶板的岩性和裂缝的发展情况估算棚距。6 支护系统设计针对我国煤矿井下巷道支护设计特点，提出了合理的技术措施，保证了设计思路的科学、规范，并将地质调查、设计、施工、监测等环节有机地结合在一起，以实现矿井的综合利用。第一是岩体力学
15、评估，主要对工程场地的岩体应力、岩体力学特性等进行合理的评估，同时要了解相关参数，以保证各项力学指标与工程的实际需求一致。第二，在初步设计时，应采用有限差分数值仿真技术，将工程类推与理论计算相结合，保证后续工作的顺利进行，并进一步提高稳定性分析与计算精度。第三，在初步的设计方案基础上，确定项目的具体施工方式。第四，在施工过程中，对各支护技术方案进行实时监测，以了解其实施效果。例如，在对巷道围岩进行选型时，要对巷道围岩的受力情况、巷道围岩表面和深度位移进行实时监测。第五，通过信息反馈，根据直接的数据和信息，对改进后的设计和工艺进行改造，确保巷道表面、深部变形等参数可以作为反馈信息，使修改方案更加
16、合理、可控。第六，不断进行最初设计，收集信息的反馈结果，直至完成整个设计，才能保证总体的安全。7 结语综上所述，巷道的掘进和支护技术占有举足轻重的位置，需要加强对巷道掘进和支护技术的研究，要善于总结经验，结合项目情况，做好各项管理工作。参考文献:1 张仲威煤矿采矿工程巷道掘进和支护技术的应用分析 J 内蒙古煤炭经济，2022(02):3638 2 郭晓辉煤矿采矿工程巷道掘进和支护技术措施研究 J 当代化工研究，2022(07):108110 3 庞万军采矿工程中巷道掘进和支护技术研究J 黑龙江科学，2022，13(12):7273 4 陆伟田煤矿采矿工程巷道掘进和支护技术的应用分析 J 当代化工研究，2021(09):7374作者简介:郭春钢(1994)，男，山东枣庄人，本科，研究方向:煤矿掘进与支护。921