浅谈复杂地质条件下采矿掘进支护技术及应用

2022-09-10

矿产资源对我国社会经济发展的重要性不言而喻，在如今矿产资源储备量逐渐减少的情况下，很多矿产的开采环境越来越复杂，尤其是一些深度较大、地质结构不稳定的采矿区，给采矿掘进支护技术提出了更高要求。在安全、高效、高质量采矿理念下，如何提升采矿掘进支护技术，保证作业安全，成为当今相关行业需要重点思考的问题。

1. 矿产开采地区复杂地质条件的特征

(1)地质构造

在矿产开采行业内，地质构造主要是指地层在内外应力作用发生挤压或撕裂而产生形变、裂缝的地质状态[1]。采矿行业面临的复杂地质条件主要包括倾斜构造、褶皱、断裂构造等，如图1，褶皱地质构造内部应力方向复杂，岩层类型多样，会给掘进和矿石开采工作产生巨大干扰。随着矿产开采深度不断加深，更为复杂的地质构造威胁着作业安全。在掘进位置靠进地质构造体时，掘进和采矿作业所产生的振动，很容易导致地质结构的稳定性受到影响。这样的地质构造环境，要求掘进作业之前和过程中对地质构造进行实时勘察，针对不同的构造特点做好支护方案调整和优化。

(2)矿体性质

大多数矿产资源的开采都需要挖掘巷道，在掘进过程中，巷道周边围岩应力发生变化，导致巷道顶、底板及两帮位置的岩体发生形变，很容易产生安全隐患。尤其是在软岩性质的地质条件下进行掘进作业，巷道受到各种应力的影响更为明显，需要重视巷道支护结构监测和强化工作。

同时，不同的矿产资源本身的矿体性质、构造各有不同，在掘进和采矿期间，如果没有根据矿体状态做好支护，很容易因作业振动而导致矿体稳定性被破坏，发生安全事故。例如，煤矿矿体在地质构造带附近容易出现煤岩突出的情况，其受到瓦斯、地下水等影响，如果支护没做好，容易导致瓦斯、水、煤岩短时间剧烈释放，威胁工作人员生命健康安全[2]。

2. 复杂地质条件对采矿掘进工作的影响

(1)巷道固定困难

如今很多矿产资源所处位置较深，地质条件复杂，尤其是很多矿体附近都有大量松散岩土分布，给掘进工作带来了巨大挑战[3]。在巷道掘进施工期间，多种外力作用导致巷道成形难度大，即使通过机械化技术保持了比较规则、稳定的形状，但是随着掘进深度不断加深，周边岩体结构发生变化，巷道各个端点、支撑物都会发生形变，导致巷道变形，产生安全隐患。巷道无法固定，给支护技术的实施带来了困难，同时还会影响采矿效率。

(2)设备运行困难

目前我国在地下巷道掘进、采矿方面掌握着比较成熟的技术，很多地区矿产开采都实现了机械化，但是一方面这些技术仍然存在着一定短板，另一方面如今采矿行业面临的复杂地质条件的情况越来越多，相关设备的运行和技术的实施存在着多方面问题。例如，进行半固体矿岩巷道掘进作业时，如果遭遇硬度系数超过5的岩石、岩层，掘进设备磨损程度将急剧上升，不仅对设备本身产生不良影响，还会限制巷道掘进支护技术的发挥[4]。

(3)潜在风险因素多

在深度较大、地质条件复杂的地区进行采矿作业，存在着很多潜在的风险因素。如煤矿开采领域中常见的瓦斯、地下水问题等，都会给掘进支护技术的实施和支护结构的稳定性产生影响。而要充分避免这些因素，对地质勘察技术、施工管理水平的要求更高。但是目前在部分地区，我国相关矿产开采企业尚未掌握足够先进的地质勘测和相关地质环境下可靠的掘进支护技术，同时部分施工人员和管理人员专业素质参差不齐，很容易忽略各类风险因素，导致掘进支护施工质量不佳，诱发安全事故。

3. 复杂地质条件下采矿掘进支护技术及应用要点分析

(1)采用锚网支护技术

针对复杂地质条件，锚网支护技术的应用价值极高，可以满足多数复杂地质条件的支护需求。锚网支护技术主要是在采矿掘进巷道的周边岩体上打入锚杆，然后将金属网采用托板固定在锚杆上，形成完整的支护结构。在该支护结构中，锚杆的作用是固定岩体和金属网，而金属网主要是对松散岩石进行维护。如果矿产开采掘进巷道周边的围岩土质松软，还可以将金属网和钢筋布置在岩土表面，然后喷射混凝土，增强稳定性[5]。

在锚网支护结构下进行矿产开采时，针对不同类型的矿层主要采用的方法有以下两种：

(1)退后卧底技术。如果掘进区和开采区的矿层稳定性较强，可以用退后卧底法来开采矿石，配合锚网支护结构，可以保证开采区周边环境的稳定和安全。具体来讲，该方法主要适用于绝对差距框定下2.5m范围内的区域，关键点是保证作业区周边支护结构的稳定性。(2)直接破顶技术。如果岩层稳定性较差，则可以使用破顶法，该方法需要选好开采区域，同时要做好开采设备的选择。具体来讲，该方法是采用合适的设备对岩体进行破碎，然后利用锚固钢丝绳来确保矿体稳定。另外，部分坡度较大、岩层坡度呈递减状态的环境下，也可以直接使用破顶技术来做好支护。

(2)规范掘进设备工作区域

在复杂地质条件下进行采矿掘进作业，需要根据所选设备的规格和技术特点，规范设备工作区域，避免影响周边岩体稳定，也可以避免设备互相影响。

(3)做好断面和设备维护

在固体矿开采过程中，工作人员需要密切关注矿体结构状态，对相关问题和影响支护稳定的因素进行分析，提前制定有效的应对措施[6]。其主要目的是优化管控措施，保证采矿工作安全。在复杂的地质条件下，矿井内部支护结构稳定性尤为重要，需要在实时观测的情况下做好加固，一般比较重要的点包括以下几个方面。(1)处理好断层面。在掘进和采矿期间，地层和岩体断面是需要重点关注的位置，需要采用合适的方法对断面机械能修复，采用合适的支护方案减轻断面压力。(2)确定好截齿。针对固体矿的开采，需要选用合适的掘进机，而掘进机的工作质量与截齿的品质质量息息相关。因此，需要在从勘察好岩体硬度、结构的基础上，从硬度、耐磨性等方面充分考虑，选用合适的截齿。在掘进和开采过程当中，根据岩体情况控制好切割速度，降低截齿磨损，保证安全。

(4)科学采用临时支护技术

如今比较先进的掘进设备都配备有临时支护系统，也就是在掘进的过程当中，对作业区周边岩体进行临时支撑，保护设备安全。例如，图3是目前比较热门的综掘机的液压临时支护系统，该设备的临时支护配置是通过液压锁来控制。另外，在掘进作业过程中，工作人员也需要在密切关注周边岩体状态的情况下，合理采用液压支柱、打点柱等方法来避免岩体崩落，保证施工安全。

4. 结语

综上所述，在如今重视安全生产和高科技生产的时代当中，矿产开采行业的相关理念和技术不断进步。面对越来越深的矿产开采深度和越来越复杂的地质条件，首先需要技术人员利用当代技术对作业区地质结构、条件和影响因素进行全方位勘测，形成可靠的数据体系，制定合理的掘进、开采和支护方案。在掘进作业环节，需要根据地质条件选用合适的掘进设备，利用成熟的锚网支护技术，结合临时支护设施，做好掘进区和采矿区的支护。另外，通过严谨的技术设备管理和现场管理，根据地质条件变化而优化支护结构，才能全面提升支护结构稳定性，确保采矿工作安全、高效开展。

摘要：作为地缘辽阔、资源丰富的大国，我国在采矿方面掌握着比较先进的掘进技术，但是随着资源储备量逐渐减少，采矿深度增加，采矿难度也随之提高，给掘进支护技术提出了更高要求。本文先分析了矿产开采所在环境的地质条件和特点，然后研究了复杂地质条件对采矿掘进工作的影响，最后结合实际分析了复杂地质条件下采矿掘进支护技术及应用策略。

关键词：复杂地质,采矿掘进,支护技术