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| 李容宝：基于复杂地质条件的煤矿采煤掘进和支护措施分析 | |||
| 煤炭资讯网 | 2024/10/10 10:39:16 论文、言论 | ||
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摘要：掘进是煤矿开采的关键环节，在复杂地质条件下进行掘进，面临着巨大挑战和安全风险。掘进成功与否将直接关乎到煤矿开采效率，同时也与井下作业人员生命安全紧密相连。鉴于此，本文以煤矿开采复杂地质条件下为研究背景，深入探析掘进支护技术在其中的应用，并提出相应的优化改进措施，用以提高煤矿开采技术的创新与发展。
关键词：地质条件；煤矿采煤；掘进；支护措施 现如今，煤矿开采掘进过程中面临着复杂的地质条件，这给掘进工作带来了显著的挑战。这些挑战主要源于多种因素的交互作用，包括地表结构的变化、地下水的分布以及断层的存在等。这些地质因素不仅影响了巷道的稳定性，还增加了支护工作的难度，导致掘进过程中的安全隐患加大，随着煤矿资源的日益枯竭，采煤作业逐渐向深部和复杂地质区域发展，这对支护技术的要求更加严格。因此，如何在这样的环境中有效提升采煤效率、确保掘进质量以及保障安全生产，成为亟待解决的关键问题。针对这一现状，优化和改善采煤掘进支护技术显得尤为重要。只有通过创新支护方案和引入先进的技术手段，才能有效应对复杂地质条件带来的挑战，为煤矿的安全、高效开采奠定坚实基础，从而促进煤炭行业的可持续发展。 1煤矿复杂地质条件分析 1.1断裂层 断裂层是指煤矿在受到外力的作用下，而发生的断裂与位错运动。应受复杂地质环境的影响，使得煤矿围岩裂隙形态及空间分布呈现多样化，继而给掘进支护工作带来了严峻的挑战[1]，具体如下，第一，采煤掘进进程会严重影响到煤层的稳定性。断裂一般是指煤矿在受到外力作用后产生的破裂，进而引起围岩的破裂与变形。同时，断层的产生将煤层与岩层分隔开来，给矿井的支护方式及支护材料的选取带来了极大的困难。第二，巷道开挖面形状多变，不易预测，其中，断裂面发生断裂后的走势情况以及倾角大小都会导致掘进面形态及大小发生变化，最终给掘进支护工序造成麻烦。尤其是断裂面呈现纵横交错分布态势，更加大了掘进支护复杂程度。第三，地质灾害增加煤矿开采安全风险。采煤掘进过程中周围的岩层水、气体等通过断裂层的裂缝缝隙进入到掘进面，从而给其带来涌水、煤尘爆炸的风险。不仅如此，由于断裂面本身也存在安全风险，极易发生滑坡、崩塌等灾害，随时会对矿井安全造成威胁。 1.2岩层倾角过大 岩层倾角是指岩层（或煤层）的倾角变化幅度超出安全范围，此情况一般可在横向和纵向上发生，对煤矿掘进支护带来了严峻的挑战。首先，岩层倾角的变化会导致掘进面的形态发生改变[2]。此外，在倾斜岩层中，煤矿掘进开挖面从原来的平面变成了斜面，甚至形成了竖井掘进面，这就导致了常规的掘进支护方法难以发挥应有效果。因此，必须根据不同的倾角大小设计新的支护方案。另外，岩层的倾斜程度也会引起地层不稳定。 2基于复杂地质条件下煤矿采煤掘进支护技术分析 2.1直接破顶支护技术 在煤矿采煤掘进进程中，为了更好地发挥直接破顶支护技术的优势，可尝试将其运用到掘进进程中，使其更好的运用于实际工程中，从而更好地确保支护技术的整体质量。在进行顶板岩体施工时，周围岩层的坚硬程度通常为2—5m左右[3]。但是，在采用该支护技术时，往往会碰到岩石脆弱的情况，这样就无法保证煤矿掘进支护的稳定性。因此，在应用于复杂地质条件时，应根据具体情况，灵活运用，选用合适的方法，使其发挥更大的作用。除此之外，应用该技术能够解决顶板不稳定问题，如岩层断裂、裂缝、变形等情况。在具体应用过程中，掘进支护设计人员和现场施工团队通常会考察施工现场地质条件，然后再设计出使用的掘进支护尺寸，选择适宜的支护设备及方式，利用直接破顶支护技术，能够最大程度上地减少顶部安全风险，确保井下施工人员安全。 2.2后退卧底支护技术 后退卧底支护技术是适用于煤矿、隧道等地下掘进、开凿工程中的一种新的支护方法，其目的在于改善巷道的稳定性与安全性。在煤矿采煤掘进进程中普遍存在的底板失稳问题，该支护技术利用卧底架、卧底杆等特殊支撑装置，从而很好地解决这一问题。在地下开挖掘进施工过程中，由于地质条件的复杂情况变幻莫测，存在着地层的不稳定性，甚至可能出现塌方的情况。在此条件下，应加强巷道底板的稳定性，保证掘进环境的安全性。该支护技术的应用原理便是在巷道底端设置特殊的支撑装置，使其能够有效地抵抗岩层带来的冲击力，从而避免围岩的松动与塌陷，这些特殊的支护设备与井下墙壁紧密贴合，有效增强了巷道的稳定性，防止地层坍塌，保障了井下作业人员生命以及煤矿企业财产安全。 2.3光爆锚喷支护技术 在煤矿采煤掘进进程中，光爆锚喷支护也是一种重要的支护形式，需要注意的是，该技术在使用时，需要注意耦合系数、炸药剂量、最小抗力、炮孔间距等相关参数的设定。只有正确、合理地设置各项参数，才能保证最大限度地发挥支护的作用，保证掘进施工的稳定性和安全性。其中，需要注意以下四点：第一，在进行具体施工之前，要根据现场地质情况，确定矿井周围的环境以及建筑物岩石的位置，根据现场情况，强化巷道稳定性，以增强周围围岩的稳定性和安全性。第二，对需要加固的部位，采取防护措施，配合相关支护体系，对巷道关键进行加固。第三，不断优化改善围岩区的负载，借助外力对煤矿巷道的自重和应力进行调控，保证煤矿巷道整体环境的稳定、安全。 3提升复杂地质下采煤掘进支护技术的有效措施 3.1优化掘进支护方案 基于复杂地质条件下开展煤矿采煤掘进工作，合理选用合适的支护材料是十分重要的。在实际应用中，锚杆、锚索是理想的支护材料。锚杆（索）采用高强度钢材，其抗拉能力、抗压性能较强，所以将其应用于煤矿井下巷道及工作面支护，可有效避免顶板垮塌，从而为煤矿安全生产提供稳定的工作环境，为减少因地质灾害造成的安全隐患，采用高强、轻质的支架及钢材，可以在复杂地质环境中可充分发挥支撑作用，降低支护结构变形、煤层及围岩变化而释放的压力。 3.2做好现场安全管理 在安全管理是煤矿采煤掘进的重点工作，对于施工现场存在的安全隐患形成一套完整的处理方案，以此保证井下作业人员的生命安全以及井下作业的稳定性。通过智能化的管理方式，对施工现场信息进行实时化、科学化管理，对现场掘进内容进行全面分析，并对掘进人员的工作内容进行精准定位，并对所搜集到的掘进信息进行跟踪汇总，以此提高问题处理效率，通过构建安全支护体系，对整个施工现场进行全方位监测与管理，从而保障施工顺利进行。 3.3加强巷道支护结构设计 在复杂地质条件下，巷道支护结构设计是确保采煤掘进安全与高效的关键，针对复杂地质的特点，支护结构的设计必须充分考虑地层的物理力学特性、岩石的变形行为及地压状态等因素。设计过程中通过地质勘探获取全面的地质资料，分析地层的稳定性及潜在的破坏模式。采用合适的支护方式，如锚杆支护、喷射混凝土、钢拱架等，可以有效提高巷道的抗变形能力和稳定性，设计时应考虑施工过程中的动态荷载和长期使用的静态荷载，确保支护结构的安全系数满足规范要求，在支护设计中，引入新型材料与先进的支护技术，如超高强度混凝土、合成纤维增强材料等，以提高支护结构的强度与耐久性,这些措施将显著提升巷道的安全性，减少事故发生的风险。 为了实现巷道支护结构设计的最优效果，应采取灵活多变的支护方案，并依据现场情况进行动态调整，设计时应考虑到不同开采阶段对支护结构的不同需求，如初期支护与长期支护之间的协调。应采用“分段支护、逐段加固”的设计理念，根据巷道的实际变形情况，实时调整支护方案，确保支护结构与周围地层相互协调，结合数字化技术和智能监测手段，实时监测巷道的变形、位移和地压变化，依据监测数据反馈调整支护设计，达到动态优化的效果。实施过程中，要加强对支护材料的性能测试与现场适应性评估，确保所选用材料在复杂地质条件下的可靠性与稳定性，优化巷道支护结构设计，不仅能有效应对复杂地质带来的挑战，还能为安全、高效的采煤作业提供坚实保障。 3.4提升开采工艺与流程优化 针对不同的地质条件，选择适合的采煤方法，如机械化采煤、综采、顶板管理等,对于软弱地层和复杂构造的煤层，可采用综采法，以其较高的采收率和安全性，能够有效降低对巷道支护的压力，在实施过程中，合理安排采煤顺序和推进速度也是优化开采工艺的重要环节。通过科学制定掘进计划，保证采掘作业的协调与配合，避免因作业不当导致的巷道变形和地压增大，借助现代化设备，如远程控制的采煤机、智能化运输系统等，提高整体作业效率，减少人工干预带来的风险,综合运用先进技术、设备和合理的作业流程，将有效提升开采工艺的安全性与经济性。 优化开采流程也同样重要，这不仅包括对采煤环节的优化，也涵盖整个煤矿生产流程的各个方面,加强各作业环节之间的信息共享与协调，以实现从地质勘探、开采设计到实际作业的闭环管理。实施数字化管理系统，通过实时监测和数据分析，提高对地质变化的响应能力，在生产过程中，应重视对设备的维护和保养，确保设备在最佳状态下运行，避免因设备故障造成的作业中断，推广“精细化管理”理念，细化作业标准和流程，提升工作人员的作业技能与安全意识，从而减少人为因素带来的风险。 3.5采用多层次支护方案 多层次支护方案旨在通过在巷道内设置多个支护层，以增强对巷道变形和外部压力的抵抗能力,有效分散和传递地层压力，还能提高巷道的整体稳定性。具体实施时，可以根据地质条件和巷道特性，结合锚杆、喷射混凝土、钢拱架和复合支护等多种支护技术，形成立体化的支护网络，在软弱地层中，采用锚杆和钢拱架的组合支护结构，不仅能够显著提高巷道的承载能力，还有效抑制了地层的变形，确保了开采过程的安全性。这种层次化的支护系统通过合理配置锚杆与钢拱架，能够灵活适应不同地层的力学特性，形成强大的支撑力，有效分散了巷道所承受的应力，组合支护的设计考虑到了地层的变化特征，使其在遭遇突发地质条件时能够及时调整支护措施，从而保证巷道的稳定性。 设计时，需要结合现场的实际地质勘探数据，进行详细的支护方案模拟，以预测支护结构在不同荷载条件下的表现，合理选择支护材料和技术，如使用新型高强度复合材料，可以进一步增强支护结构的耐久性和承载力,在施工过程中，建议采取分段施工的方式，根据巷道的实际变形情况，逐步调整和加固支护方案。在复杂地质条件下，地质灾害风险评估是确保采煤安全与有效性的关键环节。通过对地质灾害的识别、分析和评价，可以有效预判可能的风险，提前采取相应的防范措施。风险评估应结合详细的地质勘探数据，包括地层性质、岩土力学参数以及地下水状况等，以全面了解采煤区域的地质特征和潜在的危险因素，采用现代化的地质灾害评估工具与方法，如遥感监测和地质雷达技术，可以实现对地质变化的实时监测和动态评估，提高了评估的准确性，还为后续的风险管理提供了科学依据。 根据评估结果，制定相应的应急预案和防范措施，确保在发生地质灾害时能够迅速响应，针对可能出现的塌方、透水等灾害，提前制定避险方案和疏散计划，并定期进行演练，提高员工的安全意识和应对能力，建议加强对采煤作业现场的日常监测，及时发现潜在的地质变化和风险隐患，及时调整作业方案。通过建立科学的地质灾害风险评估机制，结合先进的监测技术与应急管理体系，可以有效降低地质灾害对采煤作业的影响，保障煤矿的安全生产。 4结语 综上所述，煤矿采煤掘进过程中面临的复杂地质条件对支护技术提出了更高的要求，在这样的环境中，科学合理地应用多层次支护方案不仅能够有效增强巷道的稳定性，还能显著降低地质灾害带来的风险。支护技术的有效实施为井下作业人员提供了必要的安全保障，确保他们在采矿过程中的人身安全，对地质灾害的风险评估，能够提前识别潜在的危害，采取相应的防范措施，从而为煤矿的安全开采提供了有力的支撑，随着技术的不断进步和地质监测手段的提升，煤矿行业在支护技术方面的创新将进一步推动采煤工程的高效、安全发展。 参考文献
[1]安保山.煤矿复杂地质条件下的掘进支护技术分析[J].能源与节能,2024(4):137-139143 [2]张凯博.复杂地质条件下煤矿开采掘进支护技术的应用分析[J].中文科技期刊数据库（全文版）工程技术,2024(1):0127-0130 [3]韩于锋.复杂地质条件下的煤矿掘进与支护技术的应用研究[J].自动化应用,2024,65(4):154-156
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