王夏炎

太原煤炭氣化(集團(tuán))有限責(zé)任公司東河煤礦

巷道支護(hù)技術(shù)在煤礦井下掘進(jìn)中的應(yīng)用

王夏炎

太原煤炭氣化(集團(tuán))有限責(zé)任公司東河煤礦

隨著我國煤礦科技的發(fā)展，一些高效采煤法如大采高綜采、綜放得到了廣泛應(yīng)用，而這些采煤法會產(chǎn)生更大的采動應(yīng)力，同時要求巷道斷面及跨度也越來越大，這也在某種程度上增加了巷道支護(hù)難度。煤礦掘進(jìn)需要在煤礦巷道中進(jìn)行，這就要求其必須具備一定的安全性。煤礦巷道多采取安裝掘進(jìn)支護(hù)結(jié)構(gòu)件的方法穩(wěn)定地質(zhì)結(jié)構(gòu)。由于地質(zhì)不穩(wěn)定的因素，經(jīng)常會出現(xiàn)巷道掘進(jìn)支護(hù)設(shè)施被損壞的情況，這會為巷道施工的安全帶來不小的隱患。面對不斷增加的支護(hù)難度，就非常有必要提升支護(hù)技術(shù)的能力，確保其安全性與穩(wěn)定性，不斷研發(fā)新技術(shù)，進(jìn)而完善煤礦掘進(jìn)技術(shù)，提高安全性，保證工作效率。本文將主要對巷道支護(hù)技術(shù)在井下作業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，從而提出相關(guān)的建議和對策。

煤礦掘進(jìn)；巷道支護(hù)技；技術(shù)應(yīng)用

支護(hù)巷道是煤礦開采過程中的一道重要工序，它是確保煤礦安全開采的關(guān)鍵。各礦井長期開采，礦井煤炭資源量必然不斷減少，煤礦開采的地質(zhì)條件也會越來越復(fù)雜，這就給礦井巷道支護(hù)工作提出了更高要求，特別是當(dāng)?shù)V井煤炭資源開發(fā)進(jìn)入深部開采階段后，面臨的巷道支護(hù)問題將會更多，如高地應(yīng)力引發(fā)巷道大變形，斷層褶曲較難支護(hù)等。

1 巷道支護(hù)技術(shù)簡介

煤礦井下掘進(jìn)中，巷道支護(hù)技術(shù)應(yīng)用已越來越廣泛，其能夠使煤礦井下支護(hù)的整體效率得到相應(yīng)提升。在支護(hù)的過程中，通常需要結(jié)合多方面的因素進(jìn)行巷道體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化，同時還要改善支護(hù)結(jié)構(gòu)方式，從而讓巷道支護(hù)技術(shù)得到全方位應(yīng)用。在煤礦生產(chǎn)作業(yè)過程中，巷道圍巖控制工作與巷道支護(hù)工作之間存在著緊密的聯(lián)系，所以，在正式開始巷道支護(hù)工作前，需要事先掌握一定的巷道圍巖控制理論知識。該項理論知識主要存在以下幾個方面的觀點：巷道圍巖具有一定程度的承載能力，能夠在巷道上方形成通過自然拋物線性力而形成平衡拱；新奧法表示在巷道圍巖上具有常見的自然承載能力，能夠在護(hù)體與圍巖之間形成穩(wěn)固的支撐圈；弱化法和圍巖卸壓法的核心步驟就是調(diào)整支護(hù)架結(jié)構(gòu)，將更多的圍巖能量釋放出來，從而進(jìn)一步提高圍巖穩(wěn)定性。將巷道分成各種不同主次的承載區(qū)，由于壓縮區(qū)尾部都集中在圍巖深部，為了能夠?qū)ο锏赖闹鞒休d區(qū)進(jìn)行維護(hù)，需要通過支護(hù)加固的方法，提高各個部分的承載力。

2 巷道技術(shù)的支護(hù)形式

2.1 型鋼支護(hù)

礦井中所用的支護(hù)型鋼要具有較好的剛韌性、抗拉、抗剪及抗壓等不同的功能。巷道中的支架主要承擔(dān)來自兩個不同方向的力，即縱向推動力及橫向荷載，對于來自這兩個不同方向的承載負(fù)荷能力需要進(jìn)行一定的準(zhǔn)備工作。礦井所用到的支護(hù)型鋼斷面幾何參數(shù)在一定情況下會受到來自抗彎截面模量的影響，因此，抗彎截面模量在此過程中體現(xiàn)出了至關(guān)重要的作用，抗彎截面模量與巷道支架承載負(fù)荷能力需要具有極高的相似度。從根本上來說，礦井所用的支護(hù)型鋼所呈現(xiàn)出幾何形狀會對支架本身所表現(xiàn)出的性能有極重要的作用。所以，對于不同的礦井所用支護(hù)型鋼的幾何形狀進(jìn)行鎖緊和滑移工作處理時，需要保證礦井所用的支護(hù)型鋼的接觸面面積及其平穩(wěn)性，以便于能夠達(dá)到實驗的最高標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。

2.2 預(yù)留煤柱

作為一種較為傳統(tǒng)的巷道支護(hù)變形風(fēng)平巷預(yù)留煤柱支護(hù)，該支護(hù)形式需要給上下區(qū)段的煤柱預(yù)留出一定寬度，避免回風(fēng)平巷將壓力支撐值上升到實際峰值區(qū)域。從技術(shù)角度來說，預(yù)留煤柱支護(hù)技術(shù)相比于其它技術(shù)而言，在使用方式上較為簡單，對于排水、通風(fēng)等方面也會產(chǎn)生有利影響。但是，為了將煤柱支護(hù)預(yù)留出來，勢必會消耗掉大量財力、人力及物力，在無形之中增加了巷道的維護(hù)成本。在整體支護(hù)中，需要預(yù)留煤柱，這樣能夠有效保證煤柱預(yù)留的均勻性。在進(jìn)行支護(hù)建設(shè)的過程中，需要對井下的變化情況進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)建。與此同時，還需要與多元施工技術(shù)體系相互結(jié)合，對圍巖變形的周期數(shù)據(jù)進(jìn)行周密計算，并積極引入錨桿支護(hù)等，全面發(fā)揮出預(yù)留煤柱的支護(hù)效果。

2.3 孔位的布置

在進(jìn)行孔位整體布置時，首先需要統(tǒng)計其管位的直徑，而且需要初步統(tǒng)計巷道斷層方位和支護(hù)拱形。在環(huán)形位置同樣還要對其線位間距進(jìn)行整體統(tǒng)計分析，從而大幅度縮減孔間距，間距大約在0.32m。最后在注漿位置的分配上，需要采用多孔位，均勻分配支護(hù)錨桿距離，從而實現(xiàn)孔位精確布置。

2.4 測量放線

在測量放線工藝中，首先需要初步確定地質(zhì)勘測方案，然后對于不同的掘進(jìn)面進(jìn)行不同形式的分孔測量。在測量過程中，首先要保證測量的精確性，尤其在進(jìn)行基線測量的過程中，其分布點要保持對稱，可以采用直接對準(zhǔn)孔位的方式對其線面的變化情況進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而讓測量放線數(shù)據(jù)更精確。

3 煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)控制

3.1 改進(jìn)煤礦巷道

隨著科技水平的提高，不斷涌現(xiàn)的新技術(shù)為煤礦開采業(yè)帶來了多方面的巨大變化，其中，煤礦的挖掘周期不斷縮減，開采效率獲得很大的提高，實現(xiàn)了從巖巷到煤巷的轉(zhuǎn)變過程。此外，煤礦巷道的斷面形式也從拱形逐漸演變?yōu)榫匦危瑥亩行嵘_采和掘進(jìn)的效率。斷面形狀的改變從使用價值角度來看，矩形相比其它形狀，可以更大幅度的增大掘進(jìn)的速度和發(fā)掘效率。在斷面的面積上，小型斷面正轉(zhuǎn)化為大型斷面，這更適合大型機(jī)械的施工條件，大型機(jī)械化取代手工勞動使得工作效率大大提高，但同時對礦井的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是一個不小的考驗。傳統(tǒng)形式的單巷道已逐漸無法適應(yīng)當(dāng)今的生產(chǎn)需求，被其他新興作業(yè)形式所取代，巷道對瓦斯等氣體的排放有著很高的要求，必須選用多巷道的布置模式進(jìn)行替代。此外，現(xiàn)階段業(yè)內(nèi)對于巷道的埋深有了更高的標(biāo)準(zhǔn)和更嚴(yán)格的要求，開采過程中的地質(zhì)條件也會隨著巷道深度的增加變得愈發(fā)復(fù)雜，這就對煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)提出了更為嚴(yán)苛的要求。因此，為確保安全性，必須要采取合理而穩(wěn)定的有效措施。

3.2 加強(qiáng)現(xiàn)場勘察，制定科學(xué)的支護(hù)方案

支護(hù)方案制定的是否科學(xué)合理，直接影響支護(hù)的效果。所以要先對施工巷道的現(xiàn)場情況進(jìn)行勘測，要對巷道的圍巖的特性進(jìn)行深入性的了解，從而制定較為科學(xué)合理的支護(hù)方案。巷道支護(hù)方案中可以允許圍巖有一定范圍的變形。微小的變形可以在圍巖表層巖體發(fā)生破碎時釋放一定的應(yīng)力，在一定程度上減小圍巖的變形量。支護(hù)方案制定的過程中可以使用多種支護(hù)方式綜合組合的模式，從而達(dá)到有效支護(hù)的目的。

3.3 確定支護(hù)臨界點

通常情況下，在進(jìn)行煤礦支護(hù)技術(shù)應(yīng)用過程中，可以結(jié)合地質(zhì)條件進(jìn)行環(huán)境綜合判斷，并建立相應(yīng)的評估體系。通常可以從兩點出發(fā)：a)建立相應(yīng)的支護(hù)體系，然后結(jié)合掘進(jìn)的實際操作水平，對支護(hù)臨界點進(jìn)行初步計算。一般，當(dāng)工作面的施工長度小于300m，需要采用較為普通的掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)，這樣能夠讓成本輸出率得到降低，同時還能讓各種掘進(jìn)機(jī)械得到最好的配合，從而達(dá)到理想的掘進(jìn)效果；b)當(dāng)工作面的施工長度大于300m時則需要采用綜掘機(jī)，可以采用多種分配工藝對其支護(hù)體系進(jìn)行全面優(yōu)化。在設(shè)備選擇方面需要選擇相對重型的器械進(jìn)行掘進(jìn)，由于煤礦整體環(huán)境具有不確定性，所以在采用支護(hù)技術(shù)過程中，需要對其掘進(jìn)設(shè)備進(jìn)行合理評估，并加強(qiáng)掘進(jìn)的可靠性。

3.4 及時對支護(hù)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)更新

隨著礦產(chǎn)資源需求的日增多，國家和相關(guān)企業(yè)也開始投入資金進(jìn)行相關(guān)方面的科技研究，近年來也涌現(xiàn)出來了不少的科技成果。關(guān)于煤礦巷道支護(hù)的設(shè)備也有所改良和創(chuàng)新。常言道，工欲善其事，必先利其器。好的機(jī)器設(shè)備能夠為井下巷道支護(hù)提供堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)，為井下巷道支護(hù)效果提供質(zhì)量上的保障。煤礦企業(yè)要及時地對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，保證設(shè)備正常有效的運(yùn)行。及時引進(jìn)更新新的技術(shù)設(shè)施，支護(hù)方案的實施提供堅實的物質(zhì)保障。

3.5 對煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的特殊優(yōu)化

針對煤礦開采時的復(fù)雜多變的工作環(huán)境，需要有所側(cè)重的對特殊掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。例如，一些煤礦地理位置特殊，需要上山掘進(jìn)，還需要在掘進(jìn)期間實施多次爆破，這就必須采用一些特殊的臨時支護(hù)方法避免施工中出現(xiàn)的山體坍塌。對于這些特殊的掘進(jìn)支護(hù)工作，往往沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，只能依靠以往的應(yīng)用經(jīng)驗來進(jìn)行施工，導(dǎo)致支護(hù)效果很不理想。所以，對這些特殊地形環(huán)境下的煤礦掘進(jìn)支護(hù)工作，要開發(fā)專業(yè)的有安全保障的支護(hù)技術(shù)，用科學(xué)合理的施工方案為支護(hù)工作的質(zhì)量和效率帶來改善。

綜上所述，掘進(jìn)支護(hù)工作是煤礦開采中的一項重要內(nèi)容，它能為井下的安全和施工效率提供保障，目前掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)仍然存在很多問題，要針對這些問題科學(xué)合理的對掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)進(jìn)行完善，并不斷研發(fā)新型技術(shù)，保證掘進(jìn)支護(hù)工作的質(zhì)量。同時，應(yīng)用先進(jìn)的大型機(jī)械設(shè)備等提高效率，維護(hù)煤礦周圍巖層的穩(wěn)定，使煤礦的掘進(jìn)工作安全有序地進(jìn)行。

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[2]趙振飛.淺談高強(qiáng)錨注支護(hù)技術(shù)在煤礦井下巷道支護(hù)中的應(yīng)用[J].經(jīng)營管理者,2016,(25)：442.

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