魏垂勝

(河南能源化工集團(tuán)有限公司 永城煤電控股集團(tuán)有限公司車集煤礦，河南 永城 476600)

目前煤礦巖巷因多為直墻半圓拱斷面，且一些煤礦機(jī)械化程度相對(duì)較低，巖巷機(jī)載臨時(shí)支護(hù)難以實(shí)現(xiàn)，巖巷臨時(shí)支護(hù)多采用“前探梁+木背木”或打點(diǎn)柱的臨時(shí)支護(hù)方式，這兩種臨時(shí)支護(hù)方式均存在耗時(shí)長(zhǎng)、過程易存在瞬時(shí)空頂、臨時(shí)支護(hù)后不牢固、不可靠的問題，而巖巷頂板事故多發(fā)生在臨時(shí)支護(hù)期間，且?guī)r巷的掘進(jìn)效率嚴(yán)重影響著礦井的接替發(fā)展，臨時(shí)支護(hù)是巖巷掘進(jìn)的重要環(huán)節(jié)，安全、高效、快速、便捷的巖巷臨時(shí)支護(hù)工藝是發(fā)展方向[1]。多年來，針對(duì)巖巷臨時(shí)支護(hù)存在的問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者不斷從提高機(jī)械化程度，使用機(jī)載臨時(shí)支護(hù)等方面進(jìn)行研究，由于施工條件等影響，大多煤礦巖巷無法實(shí)現(xiàn)機(jī)載臨時(shí)支護(hù)，僅在煤巷實(shí)現(xiàn)機(jī)載臨時(shí)支護(hù)[2]。本文針對(duì)車集煤礦常規(guī)的“前探梁+木背木”或打點(diǎn)柱臨時(shí)支護(hù)存在的耗時(shí)長(zhǎng)、過程不安全、效果不可靠的現(xiàn)狀進(jìn)行了研究，提出了“前探梁+穿鐵背板”的臨時(shí)支護(hù)方案，并對(duì)臨時(shí)支護(hù)流程進(jìn)行了規(guī)范和優(yōu)化，為巖巷安全高效的臨時(shí)支護(hù)發(fā)展提供了新的方向。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)概況

車集煤礦為煤與瓦斯突出礦井，底板抽放巷的施工進(jìn)度制約著礦井的發(fā)展，底板抽放巷一般為砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖，其中砂巖、砂質(zhì)泥巖所占比例大于80%，巖石硬度中等。

圖1 巖層綜合柱狀

1.2 車集煤礦巖巷常規(guī)臨時(shí)支護(hù)概況

車集煤礦巖巷常規(guī)臨時(shí)支護(hù)采用“前探梁+木背木”臨時(shí)支護(hù)或打點(diǎn)柱臨時(shí)支護(hù)。

“前探梁+木背木”臨時(shí)支護(hù)所用工具材料有前探梁、吊環(huán)、木背木，前探梁采用?59mm無縫鋼管加工，管壁壁厚不小于4mm，前探梁長(zhǎng)度不小于3.5m，最長(zhǎng)不超過4.2m，若超過4.2m仍不能滿足要求則縮短循環(huán)進(jìn)尺，木背木采用優(yōu)質(zhì)松木加工，規(guī)格長(zhǎng)×寬×厚=1200mm×150mm×30mm，吊環(huán)為使用6mm厚的鋼板加工成的閉合的環(huán)狀[3]。臨時(shí)支護(hù)流程：處理迎頭頂幫活矸危石(敲幫問頂)→安裝前探梁吊環(huán)→使用撐桿鋪網(wǎng)并連網(wǎng)到永久支護(hù)→穿前探梁→人員站在永久支護(hù)或可靠的臨時(shí)支護(hù)下逐排背背木→利用風(fēng)動(dòng)扳手緊前探梁吊環(huán)→檢查支護(hù)效果(不實(shí)、不緊采用木楔楔緊)?！扒疤搅?木背木”臨時(shí)支護(hù)方案如圖2所示。

圖2 “前探梁+木背木”臨時(shí)支護(hù)方案(mm)

打點(diǎn)柱臨時(shí)支護(hù)所用的工具材料有單體支柱、木背木，單體支柱為外注式，長(zhǎng)度2500/2800mm，采用“單體支柱+背木”做臨時(shí)支護(hù)時(shí)，背木厚度不小于30mm，寬度不小于150mm，長(zhǎng)度視循環(huán)進(jìn)尺而定，但不得小于600mm，并確保臨時(shí)支護(hù)最前端距迎頭不超過300mm。臨時(shí)支護(hù)流程：敲幫問頂→使用撐桿鋪網(wǎng)至迎頭并連網(wǎng)到永久支護(hù)→人員站在永久支護(hù)或可靠的臨時(shí)支護(hù)下打注單體支柱、背木背木→檢查支護(hù)效果→使用防片幫網(wǎng)及撐桿對(duì)迎面墻進(jìn)行防護(hù)[4]。

2 常規(guī)臨時(shí)支護(hù)存在的問題及原因分析

2.1 常規(guī)臨時(shí)支護(hù)存在的問題

車集煤礦巖巷常規(guī)“前探梁+木背木”臨時(shí)支護(hù)或打點(diǎn)柱臨時(shí)支護(hù)存在問題較多，是安全管理的難點(diǎn)，同時(shí)嚴(yán)重制約著巖巷進(jìn)尺工效，問題主要表現(xiàn)在：

1)臨時(shí)支護(hù)時(shí)間較長(zhǎng)。車集煤礦“前探梁+木背木”臨時(shí)支護(hù)或打點(diǎn)柱臨時(shí)支護(hù)耗時(shí)較長(zhǎng)，一般完成一次臨時(shí)支護(hù)需要時(shí)間40min以上，有時(shí)甚至一個(gè)小時(shí)以上，嚴(yán)重影響著巖巷掘進(jìn)工效[5]。

2)臨時(shí)支護(hù)過程不安全。“前探梁+木背木”臨時(shí)支護(hù)時(shí)人員需要站在已臨時(shí)支護(hù)的區(qū)域?qū)ξ磁R時(shí)支護(hù)的區(qū)域進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，但是已臨時(shí)支護(hù)區(qū)域由于前探梁未緊固，容易出現(xiàn)已背的木背木掉落傷人、前探梁掉落傷人等事故，同時(shí)職工在操作過程中為了節(jié)省時(shí)間，操作不當(dāng)極易出現(xiàn)瞬間空頂作業(yè)的現(xiàn)象[6]。打點(diǎn)柱臨時(shí)支護(hù)時(shí)人員需要向空頂處伸長(zhǎng)胳膊進(jìn)行作業(yè)，容易出現(xiàn)空頂作業(yè)，同時(shí)容易出現(xiàn)木背木、矸石掉落傷人事故。

3)臨時(shí)支護(hù)結(jié)束后安全效果差。“前探梁+木背木”臨時(shí)支護(hù)結(jié)束后在打錨桿擾動(dòng)頂板的過程中容易出現(xiàn)木背木掉落傷人事故，臨時(shí)支護(hù)效果不夠安全可靠。而打點(diǎn)柱臨時(shí)支護(hù)，單體支柱與頂板接觸面積小，容易出現(xiàn)矸石掉落傷人事故。

4)投入成本高。“前探梁+木背木”臨時(shí)支護(hù)或打點(diǎn)柱臨時(shí)支護(hù)均需要使用木背木，且受井下陰暗潮濕環(huán)境的影響，木背木極易腐朽，需要不斷更換木背木，造成木材消耗量大，同時(shí)單體支柱價(jià)格較高且容易損壞，整體“前探梁+木背木”臨時(shí)支護(hù)或打點(diǎn)柱臨時(shí)支護(hù)投入成本較高。

2.2 常規(guī)臨時(shí)支護(hù)存在的問題原因分析

1)思想上求穩(wěn)怕變。長(zhǎng)期以來，煤礦工程技術(shù)人員及管理人員習(xí)慣了常規(guī)的臨時(shí)支護(hù)方式，存在較為嚴(yán)重的求穩(wěn)怕變思想。

2)不能深入查找存在問題的根本原因并研究制定科學(xué)合理的臨時(shí)支護(hù)方式?！扒疤搅?木背木”臨時(shí)支護(hù)耗時(shí)較長(zhǎng)的根本原因是在臨時(shí)支護(hù)過程中，木背木搭在前探梁上，各支護(hù)構(gòu)件之間難以達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)，支護(hù)過程中互相影響，需要不停的調(diào)節(jié)各個(gè)木背木及前探梁以達(dá)到平衡；“前探梁+木背木”臨時(shí)支護(hù)安全效果差的根本原因是前探梁與木背木未連接固定等。打點(diǎn)柱耗時(shí)長(zhǎng)的根本原因是受高度限制需要挖柱窩等，不安全的根本原因是人員需要探出手臂進(jìn)行作業(yè)等。

3 “前探梁+穿鐵背板”臨時(shí)支護(hù)原理與工藝設(shè)計(jì)

3.1 “前探梁+穿鐵背板”臨時(shí)支護(hù)技術(shù)原理

將每個(gè)鐵背板中部穿在相應(yīng)的前探梁上，使得每一組前探梁和鐵背板相對(duì)孤立，避免了支設(shè)臨時(shí)支護(hù)時(shí)相互影響，節(jié)約了時(shí)間臨時(shí)支護(hù)時(shí)間，同時(shí)鐵背板是穿在前探梁上并進(jìn)行閉鎖，不會(huì)出現(xiàn)背板掉落等傷人事故[7]?！扒疤搅?穿鐵背板”進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)時(shí)人員站在永久支護(hù)下穿鐵背板后翹起前探梁即可完成整改臨時(shí)支護(hù)過程，不存在空頂作業(yè)等，能夠保證過程絕對(duì)安全。

3.2 “前探梁+穿鐵背板”臨時(shí)支護(hù)用具

“前探梁+穿鐵背板”臨時(shí)支護(hù)用具包括：前探梁、吊環(huán)、鐵背板。

前探梁：采用2寸無縫鋼管加工，管壁壁厚不小于4mm，前探梁長(zhǎng)度不小于3.5m，最長(zhǎng)不得超過4.2m，若超過4.2m仍不能滿足使用要求時(shí)，應(yīng)縮小循環(huán)進(jìn)度。

鐵背板：使用廢舊鋼板或其它廢舊鋼材加工，寬度不小于100mm、長(zhǎng)度不小于1000mm、厚度不小于8mm，并加工成半徑不小于3m的弧狀，在弧形鐵背板的內(nèi)側(cè)焊接一個(gè)3吋鋼管截取的套筒(或其它環(huán)形結(jié)構(gòu))，并在套筒上設(shè)置閉鎖裝置[8]。

吊環(huán)：采用6mm厚的扁鐵加工成閉合的形狀，兩邊間隔50mm打上?20mm的孔，插銷使用?18mm鋼筋加工制作，兩端內(nèi)側(cè)焊M24螺母。

3.3 “前探梁+穿鐵背板”臨時(shí)支護(hù)工藝流程

工藝流程：敲幫問頂→將吊環(huán)安裝在最前端兩排永久支護(hù)錨桿上(全部安裝或分別安裝預(yù)穿前探梁的吊環(huán))→使用撐桿鋪巷道正中兩片網(wǎng)并連網(wǎng)至永久支護(hù)(要求中間兩片網(wǎng)的連接線與巷道中心線一致)→穿頂板正中一根探梁及鐵背板并調(diào)整鐵背板位置，同時(shí)通過旋轉(zhuǎn)手柄對(duì)鐵背板進(jìn)行閉鎖→人員站在永久支護(hù)下翹起前探梁并在吊環(huán)中插入插銷固定頂板正中一根前探梁及鐵背板→用同樣的方法自中間向兩側(cè)鋪網(wǎng)并安設(shè)前探梁及鐵背板→對(duì)鐵背板進(jìn)行閉鎖→檢查支護(hù)效果(不緊、不實(shí)使用木楔楔緊)→對(duì)迎面墻及兩幫裸露巖石進(jìn)行防護(hù)。

3.4 “前探梁+穿鐵背板”臨時(shí)支護(hù)方案

“前探梁+穿鐵背板”臨時(shí)支護(hù)方案如圖3所示，前探梁使用數(shù)量要求：巷道毛寬3m(含3m)以下使用不低于2根，毛寬3～4m(含4m)使用不低于3根，毛寬4～5m(含5m)使用不低于4根，毛寬5～6m(含6m)使用不低于5根，以此類推，毛寬每增加1m，前探梁數(shù)量增加1根[9]。使用2根前探梁時(shí)，每根前探梁穿2根鐵背板；使用3根前探梁時(shí)，中間一根前探梁穿1根鐵背板，兩側(cè)前探梁各穿2根鐵背板；使用4根前探梁時(shí)，每根前探梁均穿2根鐵背板；使用5根前探梁時(shí)，前探梁自左向右依次穿“二·一·二”根鐵背板[10]。

圖3 “前探梁+穿鐵背板”臨時(shí)支護(hù)方案(mm)

臨時(shí)支護(hù)時(shí)前探梁必須垂直迎頭、相互平行布置，每根前探梁至少使用2個(gè)吊環(huán)吊掛，兩個(gè)吊環(huán)間距為頂錨桿排距，且吊環(huán)間距不得小于600mm(若現(xiàn)場(chǎng)條件確實(shí)無法滿足最小間距時(shí)可在該前探梁左或右400mm內(nèi)補(bǔ)打一根單體支柱進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù))，前探梁尾部超出吊環(huán)不少于100mm，前探梁臨時(shí)支護(hù)距迎頭不大于300mm[11]，前探梁互相間距與頂錨桿間距相同，且不大于900mm，安裝前探梁吊環(huán)的相鄰兩排錨桿成線左右錯(cuò)差不得超過50mm，以保證前探梁最前端間距不得大于1.2m，靠幫前探梁與巷幫距離為頂錨桿間距+300mm，且不大于1200mm，靠幫鐵背板與巷幫距離不大于400mm[12]。鐵背板安裝后最前排鐵背板距離迎面墻不大于600mm，迎面墻向后第二、三排鐵背板均勻布置控制頂板，鐵背板與巷道掘進(jìn)方向垂直并進(jìn)行閉鎖。掛吊環(huán)的錨桿尾露出螺帽30～40mm，前探梁吊環(huán)螺絲必須擰緊，無滑絲跡象，前探梁吊環(huán)要求固定可靠。

4 臨時(shí)支護(hù)效果及效益分析

1)臨時(shí)支護(hù)時(shí)間大幅度縮短，提高了工效。使用“前探梁+穿鐵背板”臨時(shí)支護(hù)時(shí)，鐵背板穿在前探梁上后翹起前探梁插入插銷后即完成一組的安裝，安裝時(shí)間短，整個(gè)臨時(shí)支護(hù)過程最多需要20min就能完成，是以往臨時(shí)支護(hù)時(shí)間的1/2，節(jié)約了時(shí)間，提高了工效，避免了職工延點(diǎn)工作，提高了職工的幸福指數(shù)，符合當(dāng)前以人為本的工作理念[13]。

2)臨時(shí)支護(hù)過程絕對(duì)安全?！扒疤搅?穿鐵背板”臨時(shí)支護(hù)時(shí)，人員均在永久支護(hù)下操作完成，不需要人員站在臨時(shí)支護(hù)下或身體某一部分探入空頂下作業(yè)，能夠保證過程安全。提高了臨時(shí)支護(hù)過程的安全管理效果，符合礦井安全高效發(fā)展的總體要求[14]。

3)支護(hù)效果安全可靠。使用鐵背板代替木背木臨時(shí)支護(hù)，支護(hù)強(qiáng)度大，同時(shí)鐵背板穿在前探梁上并通過閉鎖固定在前探梁上，不存在背板掉落等安全風(fēng)險(xiǎn)。

4)降低材料成本。木背木會(huì)腐朽，需要不斷更換，鐵背板采用廢舊鋼材加工，且一次性投入永久性使用[15]，極大降低了成本投入。車集煤礦巖巷使用“前探梁+穿鐵背板”臨時(shí)支護(hù)后，施工工效明顯提高，巷道平均單進(jìn)可提高5m，目前車集煤礦在掘巖巷為5條，按每米節(jié)約人工成本6000元計(jì)算，車集煤礦每年可節(jié)約人工成本180萬元。同時(shí)每月每個(gè)巖巷掘進(jìn)工作面可節(jié)約木材1000元，每年可節(jié)約木材6萬元。車集煤礦巖巷使用“前探梁+穿鐵背板”臨時(shí)支護(hù)每年可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益186萬元。

5 結(jié) 語

“前探梁+穿鐵背板”臨時(shí)支護(hù)縮短了臨時(shí)支護(hù)時(shí)間、保證了臨時(shí)支護(hù)過程的安全，同時(shí)臨時(shí)支護(hù)后效果牢固可靠，并節(jié)約了巷道施工成本，提高了單進(jìn)水平，有利于緩解礦井采掘接替緊張的局面[16]。該技術(shù)促進(jìn)了礦井安全高效的發(fā)展，具有較好的應(yīng)用及推廣前景，能夠產(chǎn)生較大的社會(huì)效益。