煤炭采矿工程中的巷道支护技术优化与创新

摘要：煤炭作为重要的能源资源，在全球能源结构中占据重要地位。然而，随着煤炭资源的不断开采，开采深度逐渐增加，地质条件日益复杂，给巷道支护技术带来了前所未有的挑战。传统支护材料如木材、钢材等已难以满足深部巷道支护的需求，存在支护效果差、维护成本高等问题。因此，优化与创新巷道支护技术，提高巷道的稳定性和安全性，已成为煤炭采矿工程亟待解决的问题。鉴于此，本文主要分析探讨了煤炭采矿工程中的巷道支护技术优化与创新情况，以供参阅。

关键词：煤炭采矿；巷道支护；技术；创新

引言

煤炭资源的高效开采离不开安全稳定的巷道环境。巷道支护技术的优劣直接关系到矿井生产的安全性、连续性以及经济效益。随着煤炭开采深度和强度的不断增加，地质条件愈发复杂，传统巷道支护技术暴露出诸多问题，难以满足现代煤炭采矿工程的需求。因此，对巷道支护技术进行优化与创新成为煤炭行业亟待解决的关键问题。​

1.巷道支护技术的基本理论

巷道支护技术的基本理论涉及岩石力学、支护结构力学和采矿工程学等多个学科。岩石力学研究岩石在各种力作用下的变形和破坏规律，为巷道围岩的稳定性分析和支护结构的设计提供依据。支护结构力学研究支护结构在受力条件下的力学性能和稳定性，以及支护结构与围岩之间的相互作用关系。采矿工程学则研究采矿过程中的巷道布置、支护技术选择和施工管理等问题。这些理论为巷道支护的设计、施工和维护提供了科学依据。

2.巷道支护技术的优化

2.1支护材料的优化​

传统木材、钢材作为支护材料，短板明显。木材强度欠佳，易腐朽，难以长期维持巷道稳定；钢材虽强度较高，但在井下潮湿环境中易腐蚀，大大缩短使用寿命。近年来，新型支护材料崭露头角。高强度聚合物纤维网片，凭借轻质、高强度、耐腐蚀特性，与混凝土等搭配使用，显著增强支护结构整体性，提升巷道稳定性。高分子复合材料可塑性强、耐久性佳，能有效抵抗围岩变形，大幅延长支护周期，降低维修频次，为巷道长期稳定提供坚实保障。​

2.2支护结构的优化​

合理的支护结构是分散围岩压力、提升巷道承载能力的关键。悬臂式支护结构独具优势，其一端固定在巷道壁，呈悬臂状伸出，支撑顶板，能减少支护材料用量，降低施工难度与成本。在复杂地质条件下，联合支护技术效果卓越。锚网喷联合支护，锚杆深入围岩提供锚固力，金属网覆盖围岩表面增强整体性，喷射混凝土封闭围岩，隔绝风化与水侵蚀。锚索支护则通过施加预应力，对深部围岩提供强力支撑，多管齐下，全方位提高支护效果。​

2.3施工技术的优化​

现代化支护施工设备革新了作业模式。自动化锚杆钻机、智能液压支架等，能快速、精准完成钻孔、安装锚杆、架设支架等操作，减少人工干预，降低人为误差，极大提升施工效率与质量。同时，借助数值模拟软件，提前模拟巷道开挖与支护过程，预测变形与应力分布。结合现场应力、位移传感器监测数据，实时掌握巷道状态，及时调整支护参数，为支护效果评估与优化提供科学依据，确保巷道支护安全可靠。

3.巷道支护技术的创新

3.1新型支护技术的研发​

伴随科技持续迈进，诸多创新型支护技术在巷道支护领域落地生根。以注浆加固技术为例，通过专业注浆设备，将特制浆液精准注入巷道围岩的裂隙与孔隙中。浆液凝固后，如同强力黏合剂，将破碎围岩紧密胶结，大幅提升围岩的整体强度，有效抑制围岩变形，增强巷道稳定性。预应力锚索支护技术则是在巷道关键部位钻孔，安装锚索并施加预应力。强大的预应力使锚索对深部围岩形成主动约束，有效分散围岩压力，显著增强支护结构的承载能力，特别适用于高应力、复杂地质条件下的巷道支护，为煤炭安全高效开采筑牢基础。​

3.2智能化支护系统的应用​

智能化支护系统堪称巷道安全的“智慧卫士”。系统借助密布于巷道的应力、位移等传感器，每秒多次采集巷道变形与应力数据，并实时传输至智能分析模块。该模块运用先进算法，深度分析数据变化趋势。一旦监测到变形或应力异常，系统即刻自动调整支护参数，如远程操控液压支架增加支撑力、启动辅助支护装置等。整个过程无需人工干预，不仅极大提高了支护效果，确保巷道安全，还减少了人力投入，降低因人工操作失误带来的风险，为煤矿智能化发展助力。​

3.3环保型支护材料的研发​

在环保理念深入人心的当下，研发环保型支护材料成为行业发展的重要趋势。例如，科研人员利用工业废弃物，如煤矸石、矿渣等，经特殊工艺处理制备支护材料。这些材料不仅具备优良的力学性能，能满足巷道支护强度需求，还变废为宝，减少工业废弃物对环境的污染，实现资源的循环利用。同时，此类材料在生产过程中能耗低、排放少，从源头上降低了对环境的影响，推动巷道支护技术朝着绿色、可持续方向发展，为煤炭行业的生态化转型提供有力支撑。

4.巷道支护技术的未来发展趋势​

4.1多学科交叉融合​

巷道支护技术的未来发展，离不开力学、材料学、计算机科学、控制科学等多学科知识的深度交融。借助纳米技术，科研人员能精准调控材料微观结构，研发出新型纳米增强材料，显著提升支护材料的强度、韧性与耐久性。计算机科学与控制科学赋能人工智能与机器人技术，让支护作业从传统人工操作迈向自动化、智能化。机器人可在复杂危险环境下，精准完成钻孔、安装锚杆锚索等支护任务，大幅提高作业效率与安全性，全方位革新巷道支护技术与装备。​

4.2绿色环保型支护技术​

在环保意识日益强化的当下，绿色环保型支护技术成为必然趋势。一方面，全力研发可降解、无污染的支护材料，如生物基聚合物材料，在完成支护使命后能自然分解，减少对地下环境的长期影响。另一方面，优化支护工艺，采用节能型设备与低排放施工方法，降低能耗与污染物排放。同时，构建完善的支护材料回收体系，对废弃材料进行分类回收、再加工利用，提高资源利用率，助力煤炭行业绿色可持续发展。​

4.3适应复杂地质条件的个性化支护​

随着煤炭开采向深部、复杂地质区域延伸，个性化支护设计愈发关键。针对深部软岩巷道，因其围岩变形大、强度低，研发高柔性、高让压支护技术，允许围岩适量变形又能有效控制。对于高应力巷道，采用高强度、高预应力支护体系，抵抗巨大地应力。面对动压巷道，结合动态监测与自适应支护技术，实时调整支护参数。依据不同地质、开采工艺及巷道用途，定制专属支护方案，实现支护效果最优化。

结束语

总而言之，巷道支护技术的优化与创新是煤炭采矿工程可持续发展的关键。通过研发新型支护材料、改进支护工艺、构建智能化支护系统以及发展快速支护技术等措施，有效解决了传统巷道支护技术面临的问题，提升了巷道稳定性、降低了支护成本、保障了作业安全。未来，巷道支护技术将朝着多学科交叉融合、绿色环保型和适应复杂地质条件的个性化支护方向发展。煤炭企业应加大技术研发投入，积极推广应用先进的巷道支护技术，提高煤炭开采的安全性和经济效益，推动煤炭行业的高质量发展。

参考文献

[1]裴晓宇.煤炭采矿工程中巷道掘进与支护技术的创新应用及发展趋势[J].中国科技期刊数据库工业A.2024（12）：135-138

[2]闫伟.煤炭采矿工程巷道掘进和支护技术分析[J].低碳世界.2024（02）：49-51

[3]杨德海.采矿工程巷道掘进与支护技术应用的深度剖析[J].世界有色金属.2024（12）：80-82