煤矿开采技术与掘进支护技术的探析

摘要：随着我国能源需求的持续增长，煤矿作为国家重要的能源供应基地，其开采技术的不断进步对于保障国家能源安全具有至关重要的战略意义。同时，煤矿开采过程中所面临的地质条件复杂多变，掘进支护技术的科学合理应用对于确保矿井的稳定运行和矿工的生命安全具有决定性作用。本文将从专业技术角度出发，对煤矿开采与掘进支护技术进行深入的综合分析，以期为相关领域的科学研究和实践工作提供有益的参考。

关键词：煤矿开采；掘进支护；生产效率；矿工安全

1.煤矿开采技术探析

1.1传统开采技术

1.1.1炮采法

炮采法是指在工作面用爆破方法破煤，然后通过人工或机械方式将煤炭运出，并使用单体支柱支护采煤空间顶板的采煤工艺。其工作原理主要是利用炸药爆炸产生的能量炸开煤层，然后通过人工运出工作面。炮采法适应性强，适用于各种地质条件和煤层赋存情况，特别是在地质条件复杂、煤层厚度变化大的情况；所需的设备较少，初期投资小；操作简单，技术含量低。但劳动强度大、产量和效率较低，难以满足高产高效的需求；爆破作业安全风险高，容易发生顶板和放炮事故。随着机械化程度不断提高，炮采法终将退出历史舞台。

1.1.2普通机械化开采

普通机械化开采是采用机械设备进行矿产资源的开采作业，它适用于中厚煤层和厚煤层。普通机械化开采能够减少人力投入，降低生产成本；能够大幅度提高采煤效率，缩短采煤周期；能够降低采煤作业风险，提高作业安全性。但是对机械设备要求较高，对地质条件的适应性差，不同地质条件下的煤层开采需要不同的机械设备和工艺参数，设备需要定期进行维护和更新。随着技术的不断进步和设备的不断更新换代，机械化开采将向着更高效、更安全、更环保的方向发展。

1.2现代开采技术

1.2.1综合机械化开采技术

综合机械化开采技术在煤炭开采领域中体现了尖端技术方法的应用，主要依赖于先进的机械设备，通过高度集成和协同工作，致力于实现煤炭资源的高效、安全及环境可持续的开采。综合机械化开采符合国家“机械化换人、自动化减人”的部署；对地质条件适应性高，开采效率高、安全性好、资源回收率高，能大幅提升产量。但初期投入较大，设备需要定期进行维护和更新，操作相对复杂，对技术力量要求较高，特别是机电和地质方面的技术力量。

1.2.2大采高综采技术

大采高综采技术是现代煤矿开采中的重要技术之一，主要针对的是厚煤层的开采。与中厚煤层的综采相比，大采高综采对采煤机、液压支架、运输能力的要求更高，装机总容量更大。

大采高综采工作面实现了高效的煤炭生产，降低了开采难度，煤炭的采出率也相对较高，使得吨煤成本得以降低。但也存在一些不足，开采高度大，煤壁易片帮，矿压显现特征特殊，需采取相应的支护措施。

2.煤矿掘进支护技术的应用策略

2.1掘进技术类型

2.1.1钻眼爆破法

钻眼爆破法简称钻爆法，利用钻眼工具打眼，利用雷管、炸药等炸材爆破岩体，实现巷道的开挖。该方法适用于围岩坚固性系数较大的巷道施工。但钻爆法安全隐患大、掘进效率低。

2.1.2掘进机掘进

掘进机掘进是利用掘进机的截割头对煤层或岩层进行切割，实现巷道的掘进。该方法具有掘进效率高、安全性好等优点，适用于煤层或岩层硬度适中、地质条件相对简单的巷道。

2.1.3掘锚一体化掘进

掘锚一体化掘进是通过掘进机的截割头对煤层或岩层进行切割，同时利用锚杆支护系统对掘进后的巷道进行支护。该方法提高了掘进效率，降低了支护成本，是现代煤矿掘进技术的发展方向，适用于煤层或岩层硬度适中、地质条件相对简单的巷道。

2.2支护技术类型

支护技术类型可划分为临时支护和永久支护两类，常见的临时性支护包括木支柱支护、液压支柱支护和前探梁支护。

2.2.1临时支护

2.2.1.1木支柱支护

木支柱支护是利用木材作为支护材料，通过木材的抗压和抗弯性能，将顶板及岩壁的压力传递到地面或更稳定的岩层上，从而确保施工过程中的安全。

木支柱支护结构简单，成本低廉，易于加工和安装，具有一定的弹性和韧性，能够适应较小的变形。但支护强度相对较低，且易受环境影响。适用于地质条件简单的巷道。

2.2.1.2液压支柱临时支护

液压支柱支护是通过液压机构提供动力，驱动支柱上升或下降，以实现对顶板及侧壁的有效支撑。

液压支柱支护结构简单，支护强度相对较高，能有效支撑顶板。但支柱较重，劳动强度较大，适用于地质条件简单的巷道。

3.2.1.3前探梁临时支护

前探梁临时支护是在永久支架的顶梁下面，安装多根金属前探梁，当掘进迎头发生新暴露顶板时，将前探梁推向空顶处，并与顶板背严楔紧，人员在前探梁掩护下进行作业，一般与工字钢支护、U型钢支护等金属支护配套使用。前探梁支护结构简单，易于安装和拆卸，方便操作，长度和高度可以根据实际情况进行调整，成本较低，材料可以回收利用，安全系数较高。适用于围岩坚固性系数较小的巷道。

3.2.2永久支护

永久性支护用于掘进后的巷道支护，以保证巷道的长期稳定性。常见的永久性支护包括锚喷支护、预制钢筋混凝土支护和工字钢支护与U型支护。

3.2.2.1锚喷支护

锚喷支护结合了锚杆支护与喷射混凝土支护的优点，通过锚杆的锚固作用和喷射混凝土的封闭、加固作用，共同维护巷道的稳定性。

锚杆在锚喷支护中起着至关重要的作用，通过将巷道围岩与深部稳定岩层连接起来，形成一个加固拱，有效地阻止了围岩的变形和破坏。锚杆的锚固力能够抵抗巷道顶板及侧壁的压力，保持巷道的稳定性。喷射混凝土是锚喷支护中的另一重要组成部分，它通过在巷道表面喷射一层混凝土，形成一层坚固的保护层，防止了围岩的风化和剥落，同时还能提高巷道的整体承载能力。

锚喷支护的结构形式多种多样，根据巷道的地质条件、断面、掘进方式等因素，可以选择不同的支护结构形式，适应各种复杂的地质条件，包括软弱岩层、断层、破碎带等。

3.2.2.2预制钢筋混凝土支护

预制钢筋混凝土支护是一种将预先制作好的钢筋混凝土构件安装到巷道周围，以提供稳定支撑的技术。

预制钢筋混凝土的材料选择直接关系到支护结构的强度和稳定性，主要材料包括钢筋、混凝土、预埋件等。常见的预制钢筋混凝土为碹石，一般在拱形巷道中使用。预制钢筋混凝土支护材料来源广泛，强度高、施工速度快，但受掘进技术影响较大，在钻爆法施工的巷道中，极易被炮轰的岩石砸碎、变形，不易维护。

3.2.2.3工字钢支护与U型钢支护技术

工字钢支护采用工字钢作为主要支撑结构，因其独特的截面形状，具有较高的抗弯强度和抗剪强度，能够承受较大的荷载，具有良好的稳定性，不易发生侧向变形。适用于各种地质条件的拱形、梯形巷道。

U型支护是一种采用U型钢作为主要支撑结构的支护方式，该技术利用U型钢的高强度属性和出色的可塑性，有效预防了巷道围岩的变形与崩塌现象。U型钢支护技术，不仅显著提升了掘进作业的安全性，而且安装便捷、拆卸简易，提升了施工效率。在实际应用过程中，U型钢支护技术与锚杆、锚索等其他支护技术的结合，构建了更为坚固的支护体系，为煤矿安全生产提供了坚实的保障。

4.结语

在煤矿开采技术与掘进支护技术持续进步的背景下，见证了技术革新所带来的深远影响。这些技术的提升不仅显著提高了煤矿的生产效率，还大幅提升了作业的安全性，同时对环境保护的贡献亦不容忽视。随着自动化、智能化技术的进一步发展，煤矿开采与掘进支护技术将迈向更加高效、安全和环保的新阶段。这将为煤炭行业带来可持续发展的新机遇，同时也为矿工同志们创造了一个更加安全和健康的工作环境。

参考文献

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