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        煤礦井下頂板支護質(zhì)量研究

        2021-01-13 15:11:59夏金剛
        黑龍江科學(xué) 2021年14期
        關(guān)鍵詞:支柱單體頂板

        夏金剛

        (龍煤七臺河礦業(yè)有限責(zé)任公司新鐵煤礦,黑龍江 七臺河 154600)

        煤礦井下巷道掘進(jìn)作業(yè)效率不僅取決于是否采用了正確的掘進(jìn)方式,在很大程度上還受到頂板支護技術(shù)應(yīng)用有效性的影響。煤礦井下作業(yè)過程中,為確保巷道掘進(jìn)的高效進(jìn)行,保障作業(yè)人員的生命安全,需采取井下頂板支護技術(shù),其中主要應(yīng)用支護形式包括預(yù)留柱支護、可縮性支架、礦用支護型鋼等,能夠顯著提高井下巷道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,保障井下作業(yè)人員的生命安全,促進(jìn)煤礦生產(chǎn)作業(yè)的穩(wěn)定有序開展。應(yīng)深入把握影響煤礦井下頂板支護的技術(shù)因素,在提出有針對性的解決對策基礎(chǔ)上,構(gòu)建完善的頂板支護質(zhì)量管理體系,確保煤礦井下巷道的安全掘進(jìn)。

        1 煤礦井下頂板支護的主要形式

        煤礦井下作業(yè)過程中,為避免采煤工作面頂板掉落,危害井下作業(yè)人員的生命安全,需采用頂板支護技術(shù)對工作面頂板進(jìn)行加固,在保障井下空間安全的基礎(chǔ)上確保相關(guān)作業(yè)有序開展。煤礦井下頂板支護經(jīng)歷了木支柱、金屬摩擦支柱、單體液壓支柱、液壓支架等幾個發(fā)展階段,目前我國煤礦井下頂板支護形式以單體液壓支柱和液壓支架為主。以單體液壓支柱和液壓支架搭建頂板支護體系,能夠在金屬鉸接頂梁的配合使用下組成回采工作面系統(tǒng)的支護結(jié)構(gòu),可在保障井下作業(yè)人員生命安全的基礎(chǔ)上提升井下作業(yè)效率。

        1.1 單體液壓支柱

        單體液壓支柱與金屬摩擦支柱的支護原理相似,大多需要與金屬鉸接頂梁配合使用來保障支護效果。實際使用過程中,其移動與支撐均需人工操作,因此本質(zhì)上并未脫離人工支護的范疇,這意味著單體液壓支柱的工作效率較低,一般適用于中、小型礦井。

        1.2 液壓支架

        在高壓液體作用下,以金屬構(gòu)件和液壓元件為依托組成液壓支護系統(tǒng),這是液壓支架的主要技術(shù)原理。其由大功率、大運量可彎曲刮板輸送機組成回采工作面,具有性能好、強度高、移動速度快等優(yōu)勢,可借助計算機系統(tǒng)控制,減少井下作業(yè)人員的工作強度和工作壓力,有利于保障作業(yè)人員的生命安全,促進(jìn)煤礦生產(chǎn)機械化與自動化發(fā)展。

        2 煤礦井下頂板支護質(zhì)量的主要影響因素

        2.1 施工工藝

        煤礦井下巷道掘進(jìn)方式以鉆爆法為主,通常情況下,通過頂板支護與錨噴支護相配合的方式構(gòu)建支護體系,相較于以往的砌喧支護,能夠獲得更快的挖掘速度。但是,實際作業(yè)過程中,影響頂板支護質(zhì)量的因素多樣,以鉆爆法為例,炮眼位置、裝填火藥數(shù)量等均有可能影響井下支護質(zhì)量。煤礦井下結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜,當(dāng)兩個相鄰巷道同時開展采煤作業(yè)時,井下巖體的穩(wěn)定性必然會受到影響,最終也會導(dǎo)致頂板支護產(chǎn)生質(zhì)量問題。

        2.2 地質(zhì)環(huán)境

        不同地質(zhì)環(huán)境的煤礦井下作業(yè),其頂板支護質(zhì)量要求往往存在較大差異,煤礦的層理與節(jié)理是影響頂板支護穩(wěn)定性的主要因素。當(dāng)煤礦地質(zhì)情況相對良好時,井下作業(yè)并不需要采取較多的支護手段,當(dāng)煤礦地質(zhì)情況相對復(fù)雜時,影響支護質(zhì)量的因素相對較多,這使得頂板支護質(zhì)量管理難度較大,容易出現(xiàn)安全風(fēng)險,導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故。

        3 煤礦井下頂板支護質(zhì)量的優(yōu)化策略

        3.1 完善頂板支護方案,強化頂板承載性能

        應(yīng)用煤礦井下頂板支護技術(shù)的目的是保障井下作業(yè)安全性與穩(wěn)定性,因此,應(yīng)根據(jù)井下作業(yè)實際情況,特別是地質(zhì)情況采取不同的支護方案,在滿足井下作業(yè)安全需求的基礎(chǔ)上,構(gòu)建可行的支護體系,確保頂板支護技術(shù)應(yīng)用的有效性。前期準(zhǔn)備階段,應(yīng)合理選用支護方式,不僅要認(rèn)真勘測礦壓及井下地質(zhì)構(gòu)造情況,還要圍繞實際作業(yè)方案針對重點作業(yè)區(qū)域構(gòu)建風(fēng)險防范體系,確保能夠在第一時間消除安全隱患,保證井下作業(yè)安全。巷道挖掘過程中,無論是鉆爆法還是其他手段,都會對圍巖承載能力造成一定破壞,因此,應(yīng)隨工作面的推進(jìn)持續(xù)做好頂板前后及側(cè)向支撐壓力的調(diào)節(jié),隨時調(diào)整支護措施,確保支護方案與實際頂板壓力的匹配性。設(shè)計頂板支護方案時,應(yīng)意識到造成頂板質(zhì)量問題的不僅是井下壓力與地質(zhì)環(huán)境因素,還應(yīng)特別注重加強井下防火與禁閉工作,避免井下出現(xiàn)火災(zāi),對頂板結(jié)構(gòu)造成破壞,防止地下水滲透給井下作業(yè)帶來影響。

        3.2 優(yōu)化井下施工工藝,提高設(shè)備使用效果

        不同的井下作業(yè)環(huán)境對支護結(jié)構(gòu)的要求有所不同,應(yīng)合理選擇井下支護設(shè)備,保障頂板支護的有效性。巷道掘進(jìn)過程中,巷道位置變形與移動是作業(yè)人員經(jīng)常遇到的問題,應(yīng)秉承剛?cè)峒骖櫾瓌t選擇支護結(jié)構(gòu),避免大面積與大規(guī)模重修,發(fā)揮圍巖的壓力釋放作用來保障巷道的整體穩(wěn)定性。若巷道地質(zhì)情況相對較好,一般可選用較高破巖水平的機器,如單體錨桿鉆機來開展掘進(jìn)作業(yè),可顯著提高巷道掘進(jìn)速度,且不會對頂板支護造成較大質(zhì)量影響。針對地質(zhì)情況相對復(fù)雜的井下作業(yè)環(huán)境,支護結(jié)構(gòu)的選擇應(yīng)盡可能貼合實際支護需求,若施工區(qū)域斷面較大,一般需借助綜合掘進(jìn)機和盾構(gòu)機配合使用,以保障巷道掘進(jìn)的成功率與有效性。此外,應(yīng)做好設(shè)備的檢測與管理,保障設(shè)備使用的穩(wěn)定性,確保巷道掘進(jìn)作業(yè)的安全性,防止人為因素對頂板支護質(zhì)量產(chǎn)生影響。

        3.3 加強支護結(jié)構(gòu)檢測,提高安全管理水平

        井下作業(yè)過程中,除了需設(shè)計科學(xué)的支護方案從源頭上提升支護結(jié)構(gòu)質(zhì)量外,還應(yīng)就支護結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)檢測,及時發(fā)現(xiàn)潛在安全隱患,采取有針對性的處理方法以避免發(fā)生安全事故??枕斁嚯x加大、直接頂下沉、支架工作狀態(tài)不佳等都會影響頂板支架的穩(wěn)定性,而空頂距離加大與直接頂下沉往往受支架頂梁工作狀態(tài)的影響,因此,應(yīng)重點圍繞支架工作狀態(tài)進(jìn)行管理,確保支架力學(xué)性能,提升井下支護結(jié)構(gòu)的安全管理水平。

        4 結(jié)語

        隨著現(xiàn)代煤炭產(chǎn)業(yè)的持續(xù)進(jìn)步,保障井下作業(yè)的安全性與穩(wěn)定性已成為煤炭生產(chǎn)企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展的關(guān)鍵。應(yīng)進(jìn)一步圍繞井下巷道頂板支護技術(shù),構(gòu)建完善的技術(shù)體系,根據(jù)實際井下作業(yè)環(huán)境與支護需求,采取恰當(dāng)?shù)闹ёo手段,保障井下作業(yè)的安全性,促進(jìn)井下作業(yè)的高效有序開展。

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