谈国强
潞安新疆煤化工（集团）有限公司 新疆哈密 839003
摘要：在采煤工程项目实施过程中，为保持采掘平衡，实现巷道掘进及支护施工安全高效的完成。通过对我国煤矿掘进及支护进行分析，发现巷道支护是制约快速掘进的主要因素，而巷道支护快慢与施工技术要点有必然联系。基于此，笔者结合实践经验对巷道支护技术要点进行详细分析，为巷道快速安全支护提供依据。
关键词：采煤工程；巷道掘进；支护；技术要点；安全高效
近年来，随着开采强度逐步加大，浅部资源日益减少，国内外矿山相继进入深部开采状态。现阶段我国煤矿开采深度正以每年8～12m的速度增加，中东部地区的延伸速度达到了10～25m/a[1，2]。同时也带来了一系列井下灾害，如冲击地压等，这对巷道支护技术提出了更高的要求。此外，随着综采技术的发展，年产量百万吨工作面已屡见不鲜，且已出现年产量1000万t以上的综采工作面[3]。许多矿井因开采速度过快掘进缓慢，造成采掘失衡，严重影响煤矿安全生产。当前针对采掘失衡的问题，通常从以下几个方面解决：①合理分配采掘比例，保证采掘接替顺利，此法已被各大矿井所采用；②研发新型掘进支护系统及工艺；③明确掘进支护的施工技术要点，减少支护时间，保证各工序有序进行。
近年来，巷道掘进支护问题已引起许多学者关注。杨仁树[4]对我国岩巷掘进技术现状进行研究分析，并指出岩巷安全高效掘进的发展方向；吴拥政等[5]对巷道掘支锚连续平行作业机理及其应用进行研究；张国忠[6]对我国煤巷掘进系统及关键技术问题进行分析，认为煤巷快速掘进系统的研究和建设处于初始阶段，还需进一步研究，此外，还重点指出巷道支护是制约快速掘进的主要因素。因此，有必要对支护施工技术进行深入研究。
为了使巷道掘进顺利安全高效实施，通过分析掘进支护现状，结合现场实践，必须掘进支护施工技术要点进行研究分析，以期对巷道安全快速掘进提供指导。
1我国煤矿巷道掘进现状分析
1.1煤矿岩巷掘进现状
总体上，我国煤矿建井技术已进入先进国家行列，但岩巷掘进速度及机械化水平明显落后于发达国家。我国岩巷掘主要为钻爆法和综掘法，其中，钻爆法在我国岩巷掘进施工中占95%以上[7]。我国岩巷爆破技术经历了全断面一次爆破、毫秒爆破、光面爆破3个重要阶段，其中岩巷爆破关键技术为中深孔爆破技术、光面爆破技术和定向断裂控制爆破技术[8]。
经过多年发展，岩巷掘进逐渐形成两类典型的钻爆法掘进机械化作业线。第1类以气腿式凿岩机配合耙斗式装岩机作业线为代表，如图1；第2类以钻眼台车配合侧卸装岩机作业线为代表，如图2。但与过去相比，岩巷施工技术和机械化水平变化不大，虽然悬臂式掘进机为主要设备的综掘法在国内部分煤矿试用，但是效果不理想，绝大多数煤矿岩巷施工仍在采用安全条件差，劳动强度大的气动凿岩机打眼，耙斗机装岩和人力出矸，岩巷月进尺仍维持在60m左右[4，9]。
图1 第一类机械化作业线
图2 第二类机械化作业线
1.2煤矿煤巷、半煤巷掘进现状分析
随着煤矿综采技术快速发展，工作面回采速率大幅度提升。由于岩巷掘进困难而导致采掘失衡，严重制约了煤矿安全生产。在20世纪80年代，矿井设计开始将开拓巷道和采准巷道布置在煤层，煤巷的比例由此大幅增加。2008年以来，国有重点煤矿的巷道年掘进总进尺超过800万m，其中煤巷、半煤岩巷高达720万m以上，约占总进尺90%，全岩巷不足10%[9]。煤巷掘进加快了掘进速度，但支护施工远远落后于掘进。有资料显示，掘进施工过程中，支护过程花费时间占总掘进时间的比例高达60%[10]。
在采煤掘进过程中，常见的掘进方式主要有综合机械化掘进、大断面连续采掘、掘锚一体化掘进等方面[11]。在实际应用过程中，应结合实际需要，针对性地选取。一般而言，综合机械化掘进的方式，主要是以供电系统和运输机及转载机和单体锚杆钻机与掘进机和通风除尘等设备组成综合化的机械化掘进系统，从而结合巷道的掘进需要针对性地确定掘进机型号。在大断面连续采掘过程中，主要是采取间断式、连续式等运输方式，利用相应设备在大断面巷道中进行快速掘进，而区别则是掘进速度和掘进进度的控制。而在掘锚一体化的掘进过程中，主要是以基础类的掘进机和采煤机的前提下发展的新型掘进系统，其主要是能在掘进时将掘进和锚固的作业进行有效协调，从而降低掘进与锚固的作业时间，以确保掘进效率的提升，所以在目前诸多采煤工程中得到了广泛应用。
2我国煤矿支护发展现状及技术要点分析
巷道支护施工是整个掘进施工中最为关键的环节，所以在巷道支护施工中，只有针对性地采取巷道支护技术，才能更好地促进整个掘进工作顺利的实施。这就需要掌握常见的巷道支护技术要点。但不管采取哪种巷道支护技术，都应切实掌握其技术要点，确保其与巷道掘进施工任务实施的匹配性，才能更好地提高巷道质量和确保巷道掘进安全。
2.1我国煤矿支护发展现状
由于我国井工开采条件恶劣，围岩不稳定，特别是软岩巷道，顶板破碎程度比较大，支护方法和形式也多种多样，有锚杆、梁、网、锚索或锚、金属棚等锚杆支护技术体系，均属于主动的永久支护方式[12]。
以综掘作业来说，我国自主设计已经出现一些新的成果，如图3，但其发展水平仍然受限。当前我国煤矿企业临时支护设备主要使用的是窜管前探梁和单体液压支柱配合金属铰接顶梁。据有关资料表明，煤矿安全事故中冒顶事故占总事故的80%，其中，掘进工作面顶板事故死亡人数占总人数的20%[13]。因此，近年来，我国对临时支护设备研发较为重视，其主要研究方向有[11]：①机载临时支护设备；②前探梁支护；③多功能架棚机；④自移式巷道临时支护设备。
2.2临时性支护应用技术要点分析
临时性支护是为了满足巷道掘进的需要，在实际掘进过程中，经常需对巷道进行临时性支护。例如利用木支架在巷道进行支护时，主要是采取梯形的木棚子，具有质量轻和便于加工和安装的特点，所以其具有较强的适应性，而其缺点就在于强度低和防火性较差，因而其往往属于临时性的支撑，在服务不久之后就需要更换。再如，在利用金属支架进行巷道掘进支护时，主要是考虑到其不仅具有较强的强度，且便于拆装和重复使用，因而其既可作为临时性支护措施，也可作为永久性支护措施。但其不管是临时性还是永久性支护措施，均需紧密结合服务年限，对其背板材料进行确定，这主要是为了考虑成本的需要，所以木板主要用于临时性支护背板，而混凝土预制板则作为永久性支护背板。
2.3永久性支护应用技术要点分析
在做好临时性支护的同时，还需做好永久性支护工作。这就需要紧密结合实际需要，针对性地确定其支护的类型。常见的永久性支护技术主要有以下几种：①锚杆支护技术。这一支护技术因其有着较强的支护效果而得到了广泛应用，其经济性、快速性和安全性都具有较强的优势。常见的锚杆支护主要有顶板锚杆和煤帮锚杆，且其规格和性能的不同，使得其支护类型较多。例如复合玻璃钢锚杆，杆体材料主要是采取具有较高强度的玻璃钢，而内端头则以左旋麻花结构为主，其锚杆杆体的外部尺寸最大不超过26mm，因而在孔径28mm～32mm的钻孔中采用，且确保锚杆和岩石层面为正交，且最小的角度应大于75°，在安装锚杆时应紧密结合锚固剂对其搅拌的时间进行确定，且在安装过程中应确保一次性锚固到底，严禁存在中断的情况；②预制钢筋砼支架。这一支护技术主要是利用混凝土制作支架，并在矿井内将其装配，确保梁柱接口的紧密性，所以其不仅具有较大的支护强度，且成本较低，但存在质量大和无伸缩性等方面不足。常见的主要有吊环式的前探梁，主要是在前面的临时支护措施下，采用3根吊挂前探支架，按照一定的长度和间距将其在巷道中平行布置，每一根的强度必须与吊环之间进行固定和匹配，固定点必须大于2个，并确保其紧固性，才能确保其支护效果；③混凝土支护。主要是采取喷射混凝土的方式制作混凝土支架，并将混凝土支护和锚杆支护进行有机结合，从而更好地对围岩进行封闭和固定。所以在具体实施过程中，首先应科学布置喷射混凝土的设备，以确保施工的安全性和操作的高效性。当掘进之后，首先应安装临时性锚杆，并喷射薄层的混凝土，当喷射到设计的厚度后，应进行锚杆安装，再通过锚网喷射混凝土的方式，增加金属网强度，从而更好地确保整个混凝土支护效果。
3其它协同施工技术要点分析
在做好上述工作的基础上，为了更好地确保整个掘进工程顺利的实施，做好通风防尘工作也是一项十分重要的内容，因而必须重视通风防尘工作的开展。而这一工作就需要针对性地选择通风机的型号、数量和位置。一般而言，主要是可结合巷道掘进所需的风量和风压，针对性地对通风机类型进行确定，常见的以压入式通风机为主，所以应结合所确定的位置和数量，切实掌握其安装技术要点，并配备配套的风筒，促进风机作用的发挥，同时还要尽可能避免出现漏风和涡流的情况，且在投入使用之前应对其性能进行试验，确保整个通风系统能满足不同环境下通风的需要。而在通风系统运行过程中，还应加强对其风量的检测，做好可能出现的各种情况的预案，尽可能确保风量能满足通风需要。而在此基础上，就需要做好防尘除尘工作的开展，尤其是产生的粉尘可能具有可燃性，若忽视对其的处理，势必会因此导致安全事故发生。因而在通风的基础上，还应配备相应除尘系统，采取针对性除尘方式，尽可能地将粉尘给掘进工作带来的影响降到最低。
4现代科学技术的应用
作为采煤企业，还应切实加强现代科学技术的应用，从而更好地为确保整个煤矿掘进工程顺利的实施奠定基础。比如可以实施巷道顶底板移近量在线实时监测系统的应用，随时掌握巷道的变形情况，同时采用压力传感器对巷道矿山压力在线实时监测；加强通风预警系统的应用，及时掌握施工现场的通风情况，对整个通风系统的情况进行监控，并采取自动化报警措施，实现自动化与人工智能化的修复，才是巷道掘进施工安全的主要方向。此外，还应切实加强在线视频监控系统的应用，不仅要对施工现场进行监控，且要对各种支护措施的情况进行在线监控和分析，才能更好地满足采煤掘进工程施工的需要。
5结语
在采煤工程项目实施过程中，为了确保巷道掘进的质量、安全和高效性，必须切实注重掘进技术要点的掌握和应用，尤其是应掌握巷道掘进支护要点，注重监测机制的建立，完善监测系统，确保其安全高效的实施，提高企业效益的同时保证采煤工程施工的安全性。
参考文献：
[1]蓝航，陈东科，毛德兵.我国煤矿深部开采现状及灾害防治分析[J].煤炭科学技术，2016，44(01):39-46.
[2]林健，范明建，汪占领.软岩巷道锚杆支护研究及应用实例分析[J].煤矿开采，2015，20(03):54-59+72.
[3]赵学社.煤矿高效掘进技术现状与发展趋势[J].煤炭科学技术，2007(04):1-10.
[4]杨仁树．我国煤矿岩巷安全高效掘进技术现状与展望［J］.煤炭科学技术，2013，41(9):18－23．
[5]吴拥政，吴建星，王峰.巷道掘支锚连续平行作业机理及其应用[J].煤炭科学技术，2016，44(06):39-44.
[6]张忠国.煤巷快速掘进系统的发展趋势与关键技术[J].煤炭科学技术，2016，44(01):55-60.
[7]李清，杨仁树，汤增陆等.深部大断面岩巷快速掘进技术研究[J].煤炭科学技术，2006(10):1-4.
[8]唐健军.我国平巷掘进凿岩爆破技术发展现状的观察与分析[J].有色金属(矿山部分)，1993(01):44-46+49.
[9]赵宏伟．我国煤矿岩巷快速掘进技术现状及展望［J］．煤炭科学技术，2012，40 ( 1) :5－7．
[10]王金华.我国煤巷机械化掘进机现状及锚杆支护技术[J].煤炭科学技术，2004(01):6-10.
[11]王群. 煤矿巷道快速掘进中支护工艺研究[D].西安科技大学，2017.
[12]刘志军.液压支架在掘进工作面的研制[J] .山西焦煤科技，2010(7):22-24.
[13]李志强，王树璞，李变荣.掘进工作面临时支护设备的现状与发展[J] .煤炭科学技术，1997(9):112-114.
论文作者:谈国强
论文发表刊物:《防护工程》2018年第18期
论文发表时间:2018/11/2
标签：巷道论文; 煤矿论文; 技术论文; 要点论文; 我国论文; 高效论文; 锚杆论文; 《防护工程》2018年第18期论文;