采矿工程巷道掘进技术与支护技术分析

一、引言

采矿工程作为获取矿产资源的重要途径，其技术水平直接影响着资源开采的效率、成本和安全性。巷道掘进与支护技术是采矿工程的关键环节，科学合理的掘进和支护技术能够保障巷道的稳定性。然而，面对复杂多变的地质条件和不断提高的开采要求，传统的巷道掘进与支护技术逐渐暴露出局限性。因此，深入研究和分析采矿工程巷道掘进技术与支护技术，探索更先进的技术方法，具有重要的现实意义。

二、采矿工程巷道掘进技术分析

2.1 传统掘进技术

2.1.1 钻爆法

钻爆法是通过在岩石上钻孔，装填炸药并引爆，利用炸药爆炸产生的能量破碎岩石，然后将破碎的岩石装运出去，形成巷道空间。该方法的优点在于适应性强，几乎适用于各种地质条件的巷道掘进；设备简单，成本较低，易于操作和维护。但同时也存在明显的缺点，如爆破产生的震动和飞石对巷道围岩造成损伤，影响巷道稳定性；爆破粉尘大，对作业环境和工人健康造成危害；掘进效率相对较低，施工进度较慢，难以满足大规模、高效率开采的需求。

2.1.2 机械掘进法（掘进机掘进）

机械掘进法主要利用掘进机直接破碎岩石。掘进机的截割头在动力驱动下旋转，将岩石破碎，破碎后的岩石通过装运机构运出巷道。这种方法具有掘进速度快、效率高的特点，能够连续作业，减少了辅助作业时间；对巷道围岩的扰动小，有利于保持巷道的稳定性；作业环境相对较好，粉尘和噪音污染相对较小。不过，掘进机设备投资大，初期成本高；对地质条件有一定要求，在硬岩和复杂地质条件下，掘进机的截割能力和可靠性会受到影响；设备维修和保养难度较大，需要专业的技术人员和设备支持。在煤矿等软岩巷道掘进中，掘进机掘进法应用较为广泛，但在金属矿山硬岩巷道掘进中，其推广应用面临一定挑战。

2.2 新型掘进技术

2.2.1 定向钻进技术

定向钻进技术利用专用的定向钻进设备，通过测量和控制钻孔轨迹，实现巷道的定向掘进。该技术能够根据地质条件和开采设计要求，精确控制巷道的方向和坡度，有效避开地质构造复杂区域，减少无效进尺。在瓦斯抽采巷道、探放水巷道等特殊用途巷道掘进中具有独特优势，能够提高巷道的施工质量和效率。同时，定向钻进技术对巷道围岩的破坏小，有利于后续的支护工作。但该技术设备复杂，操作要求高，需要专业的技术团队和高精度的测量仪器；施工成本相对较高，限制了其在一些常规巷道掘进中的应用。

2.2.2 水力破岩掘进技术

水力破岩掘进技术是利用高压水射流的能量破碎岩石。通过高压水泵将水加压至数百兆帕，然后经特制的喷嘴形成高速水射流，冲击岩石表面，使岩石破碎。该技术具有破岩效率高、粉尘少、噪音低、对环境友好等优点；能够实现岩石的选择性破碎，对巷道围岩的损伤小。然而，水力破岩设备的能耗较大，对高压水泵和管道系统的要求高，设备投资和运行成本较高；在硬岩条件下，水射流的破岩效果会受到限制，需要进一步提高水射流的能量和破岩效率。

三、采矿工程巷道支护技术分析

3.1 被动支护技术

3.1.1 木支架支护

木支架支护是一种传统的被动支护方式，具有取材方便、加工容易、安装简单等优点。在早期的采矿工程中应用较为广泛，尤其适用于临时巷道和地质条件较好的地段。但是，木支架的强度低、耐久性差，容易受潮湿、腐朽和火灾等因素影响，支护效果难以长期保证；且木材资源消耗大，不符合可持续发展的要求。

3.1.2 金属支架支护

金属支架支护主要包括刚性金属支架（如矿工钢支架）和可缩性金属支架（如 U 型钢支架）。刚性金属支架具有较高的强度和刚度，能够承受较大的围岩压力，适用于围岩稳定性较好的巷道。可缩性金属支架则在刚性支架的基础上，通过特殊的结构设计，能够在围岩压力作用下产生一定的可缩量，适应围岩的变形，有效防止支架被压坏，常用于动压巷道和深部巷道支护。金属支架支护的优点是支护强度高、可重复使用，缺点是重量大，搬运和安装不方便；成本相对较高，且在复杂地质条件下，其适应性仍有一定局限。

3.1.3 混凝土及钢筋混凝土支护

混凝土及钢筋混凝土支护是通过在巷道表面浇筑混凝土或钢筋混凝土，形成坚固的支护结构。该支护方式具有整体性好、强度高、耐久性强等优点，能够有效抵抗围岩的变形和压力，适用于永久性巷道和硐室支护。然而，混凝土及钢筋混凝土支护施工工艺复杂，施工周期长，需要专门的模板和浇筑设备；施工过程中对巷道断面尺寸要求严格，且支护成本较高。

3.2 主动支护技术

3.2.1 锚杆支护

锚杆支护具有施工简单、支护及时、成本较低等优点；能够有效控制围岩的变形，防止围岩松动和坍塌。根据锚杆的材质和锚固方式，可分为金属锚杆、树脂锚杆、水泥砂浆锚杆等多种类型，适用于不同的地质条件。在煤矿巷道支护中，锚杆支护已成为主要的支护方式，并且不断发展出锚杆- 锚索联合支护、锚杆- 网- 喷联合支护等复合支护形式，进一步提高了支护效果。

3.2.2 喷射混凝土支护

喷射混凝土支护是利用喷射设备将混凝土以高速喷射到巷道围岩表面，使混凝土与围岩紧密结合，形成支护层。该技术能够及时封闭围岩表面，防止围岩风化、潮解和剥落；喷射混凝土具有较高的早期强度，能够快速对围岩提供支护力，适应围岩的动态变化。喷射混凝土支护可与锚杆、金属网等联合使用，形成锚网喷联合支护体系，显著提高支护的整体性能。但是，喷射混凝土施工过程中会产生大量粉尘，对作业环境和工人健康造成影响；混凝土回弹率较高，造成材料浪费，且施工质量受操作人员技术水平影响较大。

四、现存问题与优化措施

4.1 现存问题

在巷道掘进技术方面，传统掘进技术效率低、对环境影响大的问题依然存在；新型掘进技术虽然具有诸多优势，但设备成本高、技术复杂，推广应用面临困难。在支护技术方面，被动支护技术往往不能主动控制围岩变形，支护效果有限；主动支护技术在复杂地质条件下，如高应力、破碎围岩等情况下，支护参数的合理确定还存在一定难度，且部分主动支护技术施工质量不稳定。此外，巷道掘进与支护技术之间的协同性不足，导致施工过程中出现工序衔接不顺畅、成本增加等问题。

4.2 优化措施

加大对新型掘进技术和支护技术的研发投入，开展产学研合作，联合高校、科研机构和企业，攻克技术难题，降低设备成本，提高技术的可靠性和适用性。加强对施工人员的技术培训，提高其操作技能和专业水平，确保施工质量。建立巷道掘进与支护技术的协同设计和施工管理体系，根据巷道地质条件和开采要求，综合考虑掘进和支护技术的选择与应用，优化施工工序，提高施工效率，降低成本。同时，加强对巷道掘进和支护过程的监测与反馈，利用先进的监测技术，如光纤传感技术、微震监测技术等，实时掌握巷道围岩的变形和受力情况，及时调整支护参数，确保巷道的安全稳定。

结语

在掘进技术方面，智能化掘进设备将得到进一步发展，通过集成先进的传感器、自动控制和导航技术，实现掘进过程的自动化和精准化，提高掘进效率和质量。在支护技术方面，新材料、新工艺将不断涌现，如高强度、高韧性的新型锚杆材料，自修复混凝土等；支护技术将更加注重与围岩的协同作用，通过智能监测和自适应控制技术，实现支护结构的动态优化，提高支护效果。

参考文献

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