采矿工程巷道掘进和支护技术的应用分析

一、采矿工程巷道掘进技术

1.钻爆法掘进技术

作为采矿工程巷道掘进中一项历史悠久且应用频度高的技术，钻爆法位列其中，该技术工作原理主要是凭借炸药爆炸产生的巨大能量把岩石破碎。在采用钻爆法开展地下掘进时，首先要着手进行精准的炮孔排列，这是决定爆破成效的关键所在，炮孔的深度与间距应依据岩石坚硬程度、裂隙分布之类的地质特性开展科学设定。同时，可合理加大炮孔深度，间距合理缩窄；若是涉及软质岩石时，应做出与情况相符的炮孔深度和间距调整，以达成炸药能量的均匀散布，获取理想的岩石破碎成果。装药流程要求体现出高度的专业素养与严谨性，按照不同的岩石特性及炮孔类型，应精准把控装药量。过量的装药会引起岩石过度地破碎，甚至会让出渣工作量攀升，对巷道周围的围岩造成没必要的毁坏；如果装药量未达标，就无法实现预想的破碎效果，影响到巷道的掘进成效。此外，炸药类型的选择同样不可或缺，要综合权衡岩石属性、爆破周遭环境以及安全需求等方面。

2.机械掘进技术

在煤矿开采，尤其是软岩巷道掘进时，连续采煤机掘进技术展现出独特优势。连采机实现了截割、装煤和转载功能的集合，消除了传统采掘设备功能单调、作业间歇的不足，实现巷道掘进进程的不间断作业。该关键部件截割头依靠高速转动，把煤岩弄碎后装入刮板输送机，借助转载设备把煤岩运出巷道。连采机掘进技术突出的优势是掘进速度迅速，足以大幅提高生产效率。若煤层地质条件达到相对理想的情形，连采机一天之中可实现数十米到上百米的掘进进尺。鉴于其作业实施进程相对平稳，对巷道围岩的震动及扰动影响较小，有利于维护巷道的稳定情形。就煤层地质条件而言，连采机掘进技术要求颇为苛刻，要求煤层厚度相对恒定、煤质均一，且不存在较大地质构造干扰。要是遭遇煤层厚度波动大、夹矸多样或断层等复杂地质现象时，连采机的作业成效会受到明显的干扰，甚至无法维持正常的工作运转。在某煤矿的部分地段，考虑到煤层中夹矸体已然存在，连采机截割头出现了严重的磨损，加之掘进效率急剧下降，因而只好采用别的掘进手段。

二、采矿工程支护技术

1.锚杆支护技术

就主动支护方式而言，锚杆支护的工作原理是把锚杆深入到围岩中，依靠锚固剂的粘结功能或机械锚固作用力把锚杆固定在岩体里层，再施加一定程度的预加张力，进而让围岩在锚杆约束作用下构建起稳定的承载结构体。其目标是充分挖掘围岩自身的承载能力，增加围岩的稳定系数。按照锚杆所采用的材质以及锚固方法，可对其做出多种类型的分类。现阶段，树脂锚杆是应用较广的一种类型，该类型采用树脂作为锚固之物，固化后的树脂具备极高的黏结强度，能把锚杆与围岩稳固地连接一起，赋予强大的锚固作用。树脂锚杆的优势在于固化速度迅速，能在短时间达成较高水平的锚固强度，适用于多样化的岩石条件。从水泥锚杆来看，其锚固材料为水泥，其所需成本相对偏低，同时体现出不错的耐久性以及环保相关性能。此外，水泥锚杆固化所经历的时间较为漫长。玻璃钢锚杆作为新型锚杆材料，其由玻璃纤维增强塑料这种材质制成，呈现出质量轻、强度高、耐腐蚀之类的特性，尤其适用于井下处于潮湿状况的环境，也适合对锚杆重量要求苛刻的场合。在实施锚杆支护作业时，正确规划锚杆参数具有重大意义。这些参数涉及锚杆的长度、直径具体数值、间距与排距等，锚杆长度的选取需依据围岩稳定性与巷道跨度来判定；直径需考量锚杆所受拉力的大小；间距和排距的安排要保证锚杆形成有效的支护聚合体，均衡分担围岩给予的压力。在稳定性欠佳的围岩环境中，应科学增加锚杆的长度与密度值，从而提升支护成效。

2.锚索支护技术

作为强力支护手段的锚索支护，其是从锚杆支护的基础上发展起来的，多被用于应对地应力大、围岩破碎极为厉害等复杂情况的巷道支护。一般情况下，锚索是由高强度的钢绞线、锚具加上注浆体等部分所组成，采用在巷道围岩中凿孔，插入该锚索，以注浆体让锚索与围岩形成紧密的粘结关系，然后给锚索施加预应力，让锚索对围岩形成一股强大的约束力量。锚索显著特性体现为具备大深度锚固能力与高承载性能。跟锚杆相比，锚索的长度明显更长，能深入岩体内部相对稳定程度更高的区域，切实抑制大面积的围岩形变。在部分开展深部开采的矿点，因高地应力缘故，围岩出现强烈的变形，锚杆支护一般难以实现支护要求。在这一期间，锚索支护彰显出它独有的优势。以某金属矿深部巷道的支护作业为例，其采用了长达15 米的锚索来实施巷道支护，切实抑制了巷道周边围岩的形变，维护了巷道的安全运行状态。此外，锚索支护往往与锚杆支护联合施行，从而形成锚杆-锚索协同的联合支护系统。此种组合支护模式可充分施展锚杆的局部支护效能，实施对巷道表面围岩的加固操作，还能借助锚索具备的深部锚固能力，抑制深部围岩的形变，实现“ 深浅结合” 的全覆盖支护成效，大幅增强巷道的整体稳固性。

3.喷射混凝土支护技术

喷射混凝土支护，其指的是利用喷射器械将混凝土高速喷射到巷道围岩表面，形成一层均匀一致的混凝土支护层片。该支护方式可迅速封闭围岩表面存在的裂隙，防止围岩产生风化、剥落，且和围岩紧密粘结，共同肩负起围岩的压力。喷射混凝土的原料大多包含水泥、骨料、水和外加剂等，外加剂添加可实现混凝土性能的改善，像是让混凝土早期强度提高、抗渗性与耐久性增强等。在实施喷射工艺的进程中，依照喷射工艺的差异，被分为干式喷射以及湿式喷射两种。干式喷射采用的方式是，将水泥和骨料在搅拌机内预混，继而借助喷射机送达喷头处，在喷头位置与水交融后喷射至围岩表面，干式喷射器械构造简单，操作十分便利，但存在粉尘污染严重到一定程度的问题。从湿式喷射过程来看，在搅拌站预先把水泥、骨料、水及外加剂制成混凝土，接着采用喷射机把混凝土直接喷到围岩表面，湿式喷射存在的优点是粉尘污染微弱、混凝土质量容易控制，足以保证形成良好的支护效应，但就设备要求来说，相对呈现较高态势。

综上所述，伴随采矿工程不断朝着深部、复杂地质环境区域拓展，对巷道的掘进与支护技术提出了更高的要求。未来，这两个领域的技术进步将显现出智能化、绿色化、精细化等趋势，像是通过机器人辅助掘进、实现智能监测与控制的支护设备等智能化技术，会逐步应用于采矿工程，极大提高生产的效率及安全性；绿色化技术——像低尘、低污染掘进工艺以及环保型支护材料，会被更广泛地关注并加以应用；就精细化技术而言，其对地质状况的精准探测以及具针对性的技术方案制定会更为完备，以实现工程效果的极致呈现。

参考文献：

[1]宋宏伟,郝宪杰,茅献彪,等.深部巷道围岩大变形控制机理及应用研究[J].岩土力学,2022,43(6):1623-1634.

[2] 张农, 高明仕, 许兴亮, 等. 千米深井巷道支护系统[J]. 煤炭学报,2022,47(1):196-203.

[3]李春光,郭东明,康红普,等.深部软岩巷道围岩变形破坏特征与锚固对策研究[J].煤炭科学技术,2022,50(7):73-83.