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        淺談煤礦掘進(jìn)巷道的頂板支護(hù)技術(shù)

        2021-10-25 13:21:04劉名揚(yáng)劉猛
        裝備維修技術(shù) 2021年36期

        劉名揚(yáng) 劉猛

        摘?要:伴隨中國(guó)經(jīng)濟(jì)以及科技的不斷進(jìn)步和發(fā)展,地下煤礦業(yè)也得到了蓬勃發(fā)展,地下隧道掘進(jìn)技術(shù)屬于是和煤礦安全生產(chǎn)以及經(jīng)濟(jì)效益相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù),這一技術(shù)也得到了很大關(guān)注。地下隧道的掘進(jìn)技術(shù)相當(dāng)復(fù)雜,技術(shù)人員必須使用適當(dāng)和科學(xué)的建設(shè)技術(shù)及建設(shè)設(shè)備,同時(shí)依照地面的具體情況調(diào)整進(jìn)度,并組織最適當(dāng)?shù)木蜻M(jìn)進(jìn)度。更有必要進(jìn)一步的研究其管控技術(shù),并根據(jù)對(duì)地下掘進(jìn)隧道的支持形式研究具體案例,這將對(duì)整體煤炭工業(yè)的發(fā)展起到有重要影響。

        關(guān)鍵詞:煤礦井下巷道;掘進(jìn)頂板;支護(hù)技術(shù)

        引言

        在地下煤礦隧道的運(yùn)營(yíng)中,若沒(méi)有頂板支護(hù),隧道周?chē)膸r石就會(huì)發(fā)生一些問(wèn)題,這將會(huì)帶來(lái)不必要的質(zhì)量及安全問(wèn)題,嚴(yán)重的影響到地下煤礦隧道的掘進(jìn)速度。所以,專(zhuān)業(yè)人員應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)的頂板支護(hù)技術(shù),使用有效的支護(hù)材料,有效地準(zhǔn)備小型機(jī)械設(shè)備,科學(xué)的組織建設(shè)人員,以提高煤礦巷道開(kāi)挖的頂板支護(hù)技術(shù)的運(yùn)用水平。

        1煤層巷道施工特點(diǎn)

        在過(guò)去的15年中,采礦業(yè)和支持系統(tǒng)出現(xiàn)了重大變化。吊頂被當(dāng)作主要的支撐系統(tǒng)。多年來(lái),中國(guó)煤礦的關(guān)鍵支撐系統(tǒng)一直是鋼結(jié)構(gòu)或拱形支撐。但是,自1990年代初期引入搖臂系統(tǒng)后,搖臂系統(tǒng)就已成為煤礦的關(guān)鍵支撐系統(tǒng),并且降低了煤礦事故。最初就是通過(guò)實(shí)施實(shí)踐準(zhǔn)則,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視,之后引入簡(jiǎn)單且易于使用的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來(lái)創(chuàng)建的。這一系統(tǒng)已被證實(shí)為十分成功的,并且已被引進(jìn)至方鋼機(jī)組支持的煤礦中。當(dāng)前,工作組正在研究由鋼拱支撐的大型道路支架,以設(shè)計(jì)這類(lèi)的網(wǎng)格系統(tǒng)。(1)在煤層或巖層掘進(jìn)過(guò)程中,必須通過(guò)煤層巷道掘進(jìn)隧道。在這一階段中,就很可能被瓦斯爆炸所威脅。因此,在隧道掘進(jìn)階段中,就有必要通過(guò)預(yù)防手段預(yù)防瓦斯爆炸,并進(jìn)行先進(jìn)的水勘探,以消除積水的風(fēng)險(xiǎn)。(2)掘進(jìn)機(jī)通常用于開(kāi)挖道路。因?yàn)閹r石及煤層的強(qiáng)度,為保證道路頂板的穩(wěn)定程度并消除擋塊動(dòng)壓的影響,就必須對(duì)頂板展開(kāi)支撐。選擇支撐技術(shù)時(shí),就必須考量地面壓力和支撐設(shè)備的具體壽命。(3)因?yàn)槊簩拥鸟薨櫤推鸱约捌屏训拇嬖冢诰蜻M(jìn)之前,就必須依照礦井的生產(chǎn)要求精準(zhǔn)的確定巷道的方向和掘進(jìn)速度。

        2巷道掘進(jìn)與支護(hù)影響因素分析

        2.1施工工藝

        在煤礦隧道的開(kāi)挖階段中,傳統(tǒng)的隧道開(kāi)挖施工主要是基于鉆爆法,并利用錨桿和噴射混凝土支護(hù)技術(shù)來(lái)進(jìn)行隧道支護(hù)。這一傳統(tǒng)的建設(shè)技術(shù)不光開(kāi)挖速度較慢,而且平均施工質(zhì)量也很低。另外,當(dāng)在巷道開(kāi)挖施工中使用鉆爆方法時(shí),就將容易發(fā)生對(duì)載荷和爆破孔的位置的控制不充分,從而出現(xiàn)錨固,網(wǎng)眼和混凝土支撐不良或效率低下的情況。并且,在操作過(guò)程中的一些密集道路上,原始電壓的分布還會(huì)被破壞,兩個(gè)面就會(huì)彼此影響,從而增加了頂板支撐的難度。

        2.2地質(zhì)構(gòu)造

        伴隨礦井深度的不斷增加,礦井的地質(zhì)結(jié)構(gòu)變得越來(lái)越復(fù)雜,在地下礦井的掘進(jìn)和施工過(guò)程中,巷道頂板受許多因素的影響,例如煤礦層理、節(jié)理發(fā)育、褶曲構(gòu)造、煤巖硬度和支撐作業(yè)的地面穩(wěn)定性。如果遇到地質(zhì)條件相對(duì)較好的位置,則可以迅速進(jìn)行挖掘,當(dāng)遇到復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造,例如褶皺斷層時(shí),煤和巖層的厚度往往會(huì)出現(xiàn)明顯的波動(dòng),穩(wěn)定程度也相對(duì)較低,頂板冒頂和倒塌極易出現(xiàn),并可能對(duì)煤礦巷道的掘進(jìn)速度和施工質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

        3煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)技術(shù)

        3.1煤礦巷道掘進(jìn)施工技術(shù)

        對(duì)于煤礦巷道的開(kāi)挖施工,有必要按照煤礦巖層的地質(zhì)構(gòu)造特征選擇合適的施工工藝,個(gè)別煤礦的地質(zhì)相對(duì)較軟,因此,在掏槽技術(shù)上主要應(yīng)用單相掏槽方式。如果在進(jìn)行施工過(guò)程中遇到帶有爆破孔的相對(duì)較深的巖石,則可以使用復(fù)合掏槽方法以所需的方式進(jìn)行操作,當(dāng)遇到軟煤中間層時(shí),每個(gè)建筑工人在放置切口時(shí)都需要控制傾斜角度,在60°到90°的范圍內(nèi),根據(jù)礦井道路的具體情況,可以省略輔助眼。同時(shí),主要利用掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行隧道施工,形成了將隧道挖掘機(jī)與選煤機(jī)械設(shè)備相結(jié)合的一體化隧道施工過(guò)程,大大提升了煤礦隧道的掘進(jìn)速度和施工質(zhì)量。當(dāng)前,已經(jīng)引進(jìn)了一種連續(xù)剪切機(jī),以在礦山的掘進(jìn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)采礦,裝載和運(yùn)輸?shù)囊惑w化,這不的對(duì)能夠提升礦山巷道的掘進(jìn)速度,而且能夠在極大程度上降低建設(shè)成本。

        3.2錨桿支護(hù)

        當(dāng)前用于煤礦道路的頂板支撐操作中最常見(jiàn)的是錨桿支護(hù),錨桿支護(hù)方法可確保整個(gè)巷道的安全,錨桿是用于穩(wěn)定巖石??開(kāi)挖的長(zhǎng)錨栓,可用于切割隧道和巖石。能夠?qū)⑤d荷從不穩(wěn)定的外部傳遞到基巖的內(nèi)部(更堅(jiān)固),巖石螺栓于1890年首次用于采礦,該系統(tǒng)于1920年在美國(guó)的圣約瑟夫鉛礦記錄。自1940年后期以來(lái),Rockbolt已用于支撐美國(guó)和澳大利亞的公路隧道,澳大利亞工程師于1947年開(kāi)始使用和開(kāi)發(fā)鎖緊螺栓。在雪山項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中,這些工程師開(kāi)始試驗(yàn)4m長(zhǎng)的膨脹螺栓。錨桿與錨索支護(hù)的原理不存在較大差異,錨桿支撐技術(shù)主要是為了防止破碎的巖石掉落并有效控制周?chē)鷾\層巖石的膨脹和分離。但是,隨著時(shí)間的流逝,由于采礦的影響,隨著巷道周?chē)鷰r石的破壞面積增加,有必要使用螺栓撞擊深處的穩(wěn)定地層并將受損的地層與穩(wěn)定的地層連接以避免受損的巖層倒塌情況出現(xiàn),錨索支護(hù)可以將主要由螺栓形成的輔助軸承層連接到圍巖的主軸承層,從而提升了輔助軸承層的穩(wěn)定程度,錨桿和錨索的組合支護(hù)可以在最大程度上提升圍巖整體的穩(wěn)定性。

        3.3礦用支護(hù)型鋼

        通常,有U型鋼和I型鋼兩種,主要用于開(kāi)采支護(hù)鋼,在煤礦的巷道上,由于支護(hù)采礦的鋼的特殊形狀,其機(jī)械和機(jī)械性能優(yōu)于其他類(lèi)型的鋼,并且通常用于巷道上的橢圓形、半圓形或圓形位置。所以,選擇巷道礦用型鋼時(shí),應(yīng)該選擇一些抗壓性較好的類(lèi)型。此外,在實(shí)際應(yīng)用巷道的過(guò)程中巷道會(huì)在兩個(gè)方向上發(fā)生很大的位移,這是由于礦層地質(zhì)構(gòu)造與掘進(jìn)切面兩方面產(chǎn)生了變化而造成的。因此,這需要支架本身就具備較好的承載力。

        3.4可縮性支架

        可縮性支架按照承載負(fù)荷能力分類(lèi),主要有極限承載負(fù)荷能力以及實(shí)際承載負(fù)荷能力兩類(lèi)??煽s性支架在進(jìn)行支護(hù)作業(yè)過(guò)程所呈現(xiàn)的收縮過(guò)程就是其具體承載能力的表現(xiàn),在施工過(guò)程中煤礦巷道的實(shí)際負(fù)荷承載能力對(duì)連接件和可縮性支架的影響較大。可縮性支架通常在巷道剛性過(guò)程中,表現(xiàn)出最大負(fù)荷承載能力即為極限負(fù)荷承載能力,而極限承載能力會(huì)直接影響巷道的塑性變形。正常情況下,可縮性支架的實(shí)際承載能力應(yīng)該小于極限承載能力,當(dāng)可縮性支架的極限承載能力與實(shí)際承載能力之間的差值最小時(shí),則表明可縮性之間已達(dá)到最佳狀態(tài)。

        結(jié)束語(yǔ)

        綜上所述,煤礦巷道的掘進(jìn)技術(shù)種類(lèi)繁多,且掘進(jìn)工程的施工要通過(guò)對(duì)這些技術(shù)進(jìn)行綜合使用才能實(shí)現(xiàn),整個(gè)過(guò)程環(huán)環(huán)相扣,因此,必須要保證每一個(gè)施工環(huán)節(jié)的順暢和連續(xù),才能保證采掘過(guò)程的質(zhì)量和效率。在施工過(guò)程中尤其要保證工作人員的施工安全,繼而在安全的工作環(huán)境中要求工作效率的提升,提高整個(gè)煤礦采掘的經(jīng)濟(jì)效益。

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