雷志強(qiáng)

摘 要 在實(shí)際的巷道頂板支護(hù)過(guò)程中，不同支護(hù)方式的實(shí)際效果表現(xiàn)差異性明顯，存在較為明顯的環(huán)境適應(yīng)性問(wèn)題。在不同的地質(zhì)條件中，煤礦井下巷道掘進(jìn)的流程存在差異，對(duì)頂板支護(hù)的結(jié)構(gòu)以及實(shí)際空間保護(hù)功能的需求也不同。在選擇井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)方式時(shí)，工作人員需要將此類支護(hù)方式與影響頂板支護(hù)質(zhì)量的因素聯(lián)系起來(lái)，提出針對(duì)性的修整意見(jiàn)，進(jìn)而可在提升頂板支護(hù)技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量的同時(shí)，確保煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)的整體安全性。

關(guān)鍵詞 煤礦工程 井下巷道挖掘 頂板支護(hù)

中圖分類號(hào)：TD82 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2021）12-0021-02

一般情況下，錨桿支護(hù)、可縮性支架支護(hù)等支護(hù)方式是煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)的常見(jiàn)形式，煤礦井下巷道掘進(jìn)的施工工藝并不會(huì)對(duì)頂板的支護(hù)形式或者質(zhì)量產(chǎn)生明顯影響。但是如果在實(shí)際的煤礦巷道施工過(guò)程中，工作人員沒(méi)有詳細(xì)分析具體的巷道施工區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，或者未能規(guī)范化操作施工中的相關(guān)設(shè)備組件，則可能會(huì)出現(xiàn)頂板支護(hù)層面的問(wèn)題，主要表現(xiàn)為支護(hù)結(jié)構(gòu)適應(yīng)性差、應(yīng)力集中狀態(tài)比較突出。為此，在進(jìn)行支護(hù)作業(yè)時(shí)，工作人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際的情況，優(yōu)化選擇頂板支護(hù)的具體形式，并在合理、規(guī)范應(yīng)用相關(guān)設(shè)備的基礎(chǔ)上，在實(shí)際的工作過(guò)程中靈活變化頂板支護(hù)的具體形式，進(jìn)而可進(jìn)一步適應(yīng)煤礦井下巷道掘進(jìn)過(guò)程中的頂板支護(hù)要求。

1 煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)質(zhì)量影響因素分析

首先，煤礦井下地質(zhì)條件是影響頂板支護(hù)質(zhì)量的關(guān)鍵因素，并且從以往的支護(hù)技術(shù)應(yīng)用效果來(lái)看，實(shí)際的地質(zhì)條件作用形式也有所不同[1]。頂板支護(hù)的骨架會(huì)直接與上層巖石接觸，但是如果圍巖本身的穩(wěn)定性較差（也就是在受到擠壓應(yīng)力之后會(huì)出現(xiàn)不同程度的橫向位移），則會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，進(jìn)而不能達(dá)到預(yù)定的頂板支護(hù)強(qiáng)度;其次，圍巖在受到擠壓應(yīng)力之后，不僅會(huì)出現(xiàn)橫向的位移，還會(huì)出現(xiàn)縱向的變形情況。在圍巖的變形過(guò)程中，雖然可通過(guò)加裝一些輔助性的支護(hù)結(jié)構(gòu)減緩這種變形的趨勢(shì)，但是這種趨勢(shì)是不可消除的，在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間之后，圍巖上就會(huì)掉落一些巖石碎屑，而此時(shí)圍巖本身的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性已經(jīng)發(fā)生了較為明顯的改變，不足以為頂板提供有效的支護(hù)基礎(chǔ);再者，從施工工藝的角度分析，不同類型的施工工藝流程會(huì)影響頂板支護(hù)過(guò)程中各類結(jié)構(gòu)的支護(hù)順序。其中，定向爆破的工藝要求較高，往往需要選擇較深爆破孔徑。但是如果此時(shí)的煤礦井下地質(zhì)構(gòu)造存在問(wèn)題，類如硬度過(guò)低或者硬度過(guò)高，都會(huì)導(dǎo)致爆破面積偏離計(jì)劃面積，從而導(dǎo)致頂板支護(hù)的穩(wěn)定性下降。為此，工作人員在選擇支護(hù)方式時(shí)，一定要結(jié)合實(shí)際的施工工況[2]。

2 煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)方式分析

2.1 錨桿支護(hù)

錨桿支護(hù)是煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)中最為常見(jiàn)的形式，并且其支護(hù)的具體流程以及結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)潔，實(shí)際的工程施工適應(yīng)性較好。在選用此種錨桿支護(hù)方式之后，工作人員應(yīng)優(yōu)先做好支護(hù)資源準(zhǔn)備工作，包括錨桿支護(hù)相關(guān)的錨桿組件、托板、固定劑、鋼帶以及相應(yīng)的防護(hù)網(wǎng)等。在應(yīng)用此類錨桿支護(hù)資源時(shí)，工作人員需要合理選擇具體的頂板支護(hù)位置[3]。為了降低不同地質(zhì)構(gòu)造以及不同質(zhì)量的圍巖對(duì)頂板支護(hù)效果的影響，工作人員在選擇具體的頂板支護(hù)位置時(shí)，需要對(duì)支護(hù)位置的實(shí)際物理屬性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，確保其不會(huì)出現(xiàn)明顯的裂紋、碎渣等[4]。在此基礎(chǔ)上，在使用錨桿緊固組件時(shí)，為了確保錨桿組件不會(huì)在后續(xù)的使用過(guò)程中出現(xiàn)松動(dòng)，工作人員應(yīng)選擇具有預(yù)加應(yīng)力特點(diǎn)的螺栓螺母，進(jìn)而提供反向的緊固應(yīng)力，確保緊固力在常態(tài)下不會(huì)突然消失，這是確保錨桿支護(hù)穩(wěn)定性的基本要求。另外，在布置防護(hù)網(wǎng)時(shí)防護(hù)網(wǎng)應(yīng)緊貼巷道內(nèi)表面，這一方面可在一定程度上對(duì)巷道內(nèi)表面施加擠壓應(yīng)力，另一方面可防止巷道中破碎巖石脫落，進(jìn)而可提供穩(wěn)定性較好的支護(hù)應(yīng)力，實(shí)際的錨桿支護(hù)效果也會(huì)更好。

2.2 可縮性支架支護(hù)

可縮性支架支護(hù)形式與錨桿支護(hù)形式相比，其支護(hù)的靈活度較高，但是應(yīng)力承受期限相較于錨桿支護(hù)略小。在使用此類可縮性支架支護(hù)方式時(shí)，工作人員首先要對(duì)巷道中頂板支護(hù)的數(shù)量需求進(jìn)行分析。在得到了相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息之后，工作人員需要選購(gòu)可縮性支護(hù)支架，由于可縮性支護(hù)支架中大部分零部件屬于標(biāo)準(zhǔn)件，因此工作人員可以一次性購(gòu)買所需零部件，在使用過(guò)程中根據(jù)需求現(xiàn)場(chǎng)組裝即可;其次，為了確保此種可縮性支架支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，工作人員也需要對(duì)巷道內(nèi)部的巖石層結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。一般情況下，如果圍巖本身的結(jié)構(gòu)參差感較強(qiáng)，則在實(shí)際的支護(hù)過(guò)程中，不同巖石層之間可能會(huì)出現(xiàn)相對(duì)位移。因此，為了降低橫向位移的影響，工作人員應(yīng)使用橫向的位移阻斷器（一種緊固性的鋼結(jié)構(gòu)組件），對(duì)巖石層的橫向應(yīng)力進(jìn)行反向試壓，進(jìn)而抵消掉巖石層內(nèi)部的橫向應(yīng)力，從而確保巖石層整體的穩(wěn)定性[5]。另外，需要注意的是，可縮性支架支護(hù)在伸縮連接位置的應(yīng)力集中情況比較突出，并且在一次調(diào)節(jié)成形之后，不宜再次調(diào)節(jié)，否則可能會(huì)導(dǎo)致伸縮結(jié)構(gòu)性能下降，實(shí)際的支護(hù)作用力也會(huì)出現(xiàn)明顯降低的情況。

3 煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)質(zhì)量控制方法分析

3.1 細(xì)化巷道支護(hù)環(huán)境調(diào)查，提升頂板支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力承載能力

在選用巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)形式時(shí)，工作人員需要對(duì)巷道支護(hù)的實(shí)際環(huán)境條件進(jìn)行分析。管理部門應(yīng)組建專門化的環(huán)境調(diào)查小組，小組成員不僅需要對(duì)巷道支護(hù)環(huán)境周圍的巖石層結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，包括巖石層的硬度以及結(jié)構(gòu)形式等，還需要對(duì)實(shí)際的支護(hù)空間進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)，進(jìn)而為后續(xù)的頂板支護(hù)施工提供有利支持。在得到了具體的分析數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，工作人員需要結(jié)合此類信息優(yōu)化選擇頂板支護(hù)的實(shí)際尺寸，包括錨桿支護(hù)中錨桿的長(zhǎng)度和直徑以及托板的厚度參數(shù)等。需要注意的是，此類支護(hù)組件的固定方式尤為關(guān)鍵，并且會(huì)對(duì)頂板支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力承載能力直接產(chǎn)生影響。常規(guī)類型的固定方式為螺栓螺母固定方式，但是在應(yīng)用此種固定方式時(shí)，工作人員應(yīng)盡量選擇帶有自鎖功能的螺栓螺母，這樣可降低垂直應(yīng)力對(duì)錨桿固定效果的影響[6]。另外，維持巷道支護(hù)表面的平整與光滑度也非常關(guān)鍵，這與支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際形式相關(guān)，也與初期的爆破施工工藝有關(guān)。

3.2 優(yōu)化巷道頂板支護(hù)中的應(yīng)力調(diào)節(jié)流程，提升支護(hù)協(xié)調(diào)能力

頂板支護(hù)中的應(yīng)力調(diào)節(jié)流程并不是簡(jiǎn)單的應(yīng)力調(diào)節(jié)過(guò)程，而是需要在實(shí)際的支護(hù)作業(yè)中逐級(jí)調(diào)節(jié)。在這個(gè)過(guò)程中，工作人員需要及時(shí)關(guān)注頂板支護(hù)過(guò)程中頂板上方巖石層的形態(tài)變化。一般情況下，在支護(hù)中上方巖石層均會(huì)出現(xiàn)一些的殘?jiān)袈淝闆r，但是這并不意味著巖石層的結(jié)構(gòu)形式發(fā)生了改變。此時(shí)，工作人員需要觀察巖石碎渣的掉落情況，微調(diào)巷道頂板支護(hù)的具體問(wèn)題和實(shí)際應(yīng)力大小。但需要注意的是，這個(gè)過(guò)程會(huì)伴隨著支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形以及巖石層的變形，兩者的變形效果并不能相互抵消[7]。為了平衡這種支護(hù)變形效果，工作人員除了可以增加變形支護(hù)受力面積之外，還可以適當(dāng)增加支護(hù)結(jié)構(gòu)的參數(shù)，包括頂板的面積、緊固螺栓的數(shù)量等，進(jìn)而可在維持支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，確保頂板支護(hù)可表現(xiàn)出較好的應(yīng)力釋放效果。

3.3 使用先進(jìn)的頂板支護(hù)設(shè)備，改善掘進(jìn)施工工藝

現(xiàn)階段，一些先進(jìn)的頂板支護(hù)設(shè)備被應(yīng)用到了煤礦井下巷道掘進(jìn)作業(yè)中，此類設(shè)備的應(yīng)用形式和應(yīng)用效果存在適應(yīng)性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)的技術(shù)應(yīng)用調(diào)整措施也比較規(guī)范。在使用此類頂板支護(hù)設(shè)備時(shí)，工作人員可應(yīng)用其對(duì)頂板支護(hù)的整體強(qiáng)度系數(shù)進(jìn)行分析，進(jìn)而可根據(jù)分析結(jié)果選擇合適的頂板支護(hù)位置。另外，此類設(shè)備往往被應(yīng)用到施工流程較為復(fù)雜的巷道掘進(jìn)施工過(guò)程中，相應(yīng)的施工工藝可能也會(huì)比較復(fù)雜。為了確保頂板支護(hù)的實(shí)際效果，在應(yīng)用此類工具設(shè)備時(shí)，工作人員應(yīng)選用一些自動(dòng)化類型的輔助設(shè)備，包括自動(dòng)加油設(shè)備等，進(jìn)而可為此類巷道綜合機(jī)械設(shè)備的使用提供有效支持[8]。以此為基礎(chǔ)，工作人員可使用信息化的控制技術(shù)，對(duì)自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用形式進(jìn)行控制，為頂板支護(hù)提供有效的數(shù)據(jù)參考，而實(shí)際上，這種參考數(shù)據(jù)的真實(shí)性和質(zhì)量往往較好。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，在選用頂板支護(hù)的形式時(shí)，工作人員應(yīng)結(jié)合巷道施工的實(shí)際狀態(tài)，包括巷道施工中圍巖的地質(zhì)情況以及不同位置的頂板支護(hù)要求等。為了提高支護(hù)作業(yè)的整體效率，工作人員也可選擇一些先進(jìn)的機(jī)械化設(shè)備，但是在使用此類機(jī)械化設(shè)備時(shí)，需要注意分析設(shè)備應(yīng)用預(yù)算，不能脫離實(shí)際的頂板支護(hù)施工成本，否則可能導(dǎo)致煤礦井下巷道施工出現(xiàn)成本預(yù)算問(wèn)題，進(jìn)而影響施工作業(yè)的整體進(jìn)度。

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