王欣旭

（七臺(tái)河市煤炭生產(chǎn)安全管理局 黑龍江七臺(tái)河 154600）

采礦工程受到礦山地質(zhì)條件的直接影響，在工程實(shí)施過(guò)程中，面臨著錯(cuò)綜復(fù)雜的地質(zhì)條件及各種各樣的安全風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于采礦工程來(lái)說(shuō)無(wú)疑是巨大的挑戰(zhàn)。所以需要在采礦工程中合理、準(zhǔn)確、有效地運(yùn)用超前支護(hù)技術(shù)，提前預(yù)防與治理采礦工程中的常見(jiàn)問(wèn)題，如巷道掘進(jìn)的坍塌問(wèn)題、石門(mén)揭煤的掉頂問(wèn)題及礦石回采的安全問(wèn)題等，保障采礦工程的安全進(jìn)行，全面提高煤礦生產(chǎn)的效益。

1 采礦工程中應(yīng)用超前支護(hù)的必要性

超前支護(hù)技術(shù)為輔助性措施，其在采礦工程中的應(yīng)用為井下煤礦各項(xiàng)施工作業(yè)構(gòu)建一個(gè)安全、穩(wěn)定的支撐結(jié)構(gòu)，為施工作業(yè)創(chuàng)造最佳的空間環(huán)境與條件，并保證施工人員的安全。該技術(shù)目前在采礦工程中應(yīng)用十分普遍，促使超前支護(hù)技術(shù)日益發(fā)展成熟，技術(shù)應(yīng)用表現(xiàn)出了高的可靠性。井下煤礦開(kāi)采具有一定的危險(xiǎn)性，對(duì)于開(kāi)采空間環(huán)境的安全性有著極高的要求，因此，在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中使用超前支護(hù)技術(shù)構(gòu)建安全的作業(yè)面，在保證煤礦生產(chǎn)安全的同時(shí)，提高煤礦開(kāi)采的效率?，F(xiàn)階段，超前支護(hù)技術(shù)在采礦工程中應(yīng)用的方式主要有以下3種：一是使用鋼管直接加固，像在石門(mén)揭煤作業(yè)中在工作面四周設(shè)置鋼管棚，穩(wěn)定煤層結(jié)構(gòu)；二是機(jī)載支護(hù)裝置，將鋼網(wǎng)或鋼帶頂?shù)焦ぷ髅骓敳浚瓿晒ぷ髅娴闹ёo(hù)加固；三是灌注泥漿，在采礦工程中遇到松散泥土和碎石地質(zhì)條件時(shí)，直接灌注泥漿，借助泥漿黏性將碎石和土凝固在一起，產(chǎn)生加固的效果［1-3］。

2 超前支護(hù)之石門(mén)揭煤

2.1 常見(jiàn)的問(wèn)題

在井下煤礦巷道掘進(jìn)過(guò)程中，遇到煤層后需進(jìn)行揭露，也就是指石門(mén)揭煤。在此作業(yè)環(huán)節(jié)中，如果出現(xiàn)煤層掉頂問(wèn)題，會(huì)形成煤層連片塌落，嚴(yán)重影響到采礦的進(jìn)度，該問(wèn)題最為棘手。掉頂問(wèn)題在采礦工程中時(shí)有發(fā)生，傳統(tǒng)的解決方法是采用架棚探梁支撐，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用一些輔助性加固措施，但是仍然無(wú)法完全避免和解決該問(wèn)題，還存在著掉頂隱患，迫切需要采用超前支護(hù)技術(shù)解決該問(wèn)題。

2.2 超前支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

基于目前采礦工程在石門(mén)揭煤中的掉頂問(wèn)題，行業(yè)內(nèi)還未有理想的解決方案，而經(jīng)過(guò)實(shí)踐應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，超前支護(hù)技術(shù)可大幅度提高煤層的支護(hù)效果，減少掉頂問(wèn)題發(fā)生的頻次，保證了石門(mén)揭煤作業(yè)的安全有序開(kāi)展。實(shí)際應(yīng)用流程如下：一是在巷道掘進(jìn)未達(dá)到煤層之前，提前做好支護(hù)準(zhǔn)備，在距離煤前2m位置，沿著巷道輪廓間距300m 進(jìn)行打眼，打眼深度1.8m，均勻布設(shè)在巷道輪廓四周；二是在打好的孔中插入鋼管，起到護(hù)頂?shù)淖饔?；三是在每次炮擊之前，重?fù)上述打眼、插鋼管操作，采用此種方式循環(huán)進(jìn)行石門(mén)揭煤，可有效減少煤層掉頂事件。此外，在實(shí)際的支護(hù)中，注意炮眼深度的嚴(yán)格控制，盡量不要超出鋼管插入的深度，防止炮擊后鋼管掉落而無(wú)法形成對(duì)煤層的支護(hù)作用。所以，在石門(mén)揭煤使用超前支護(hù)技術(shù)時(shí)，需結(jié)合開(kāi)采現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，進(jìn)行鋼管長(zhǎng)度與直徑的選擇，以及打眼間距、炮眼深度等的靈活控制，以確保石門(mén)揭煤作業(yè)的安全順利進(jìn)行［4-6］。

3 超前支護(hù)之巷道掘進(jìn)

3.1 常見(jiàn)問(wèn)題

井下煤礦開(kāi)采過(guò)程中，根據(jù)煤層的位置進(jìn)行巷道掘進(jìn)作業(yè)以到達(dá)開(kāi)采位置，巷道掘進(jìn)的難度較大，其支護(hù)結(jié)構(gòu)需承載上部土層的重量。由于在巷道掘進(jìn)過(guò)程中未能做好預(yù)防性措施，巷道頂部土層隨著巷道深度的增加，重量逐漸加大，原有的支撐結(jié)構(gòu)承載力不夠，最終引起巷道掘進(jìn)比較常見(jiàn)的坍塌問(wèn)題，一旦巷道坍塌，將無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)，需重新設(shè)計(jì)與規(guī)劃巷道路線，直接增加了施工周期，提高了采礦工程成本。

3.2 機(jī)載支護(hù)裝置的應(yīng)用

巷道掘進(jìn)發(fā)生坍塌的主要原因是提前預(yù)防不到位，支撐結(jié)構(gòu)承載力不足。使用超前支護(hù)技術(shù)進(jìn)行巷道坍塌的提前預(yù)防，并聯(lián)合采用機(jī)械化設(shè)備，加快巷道掘進(jìn)的速度，以促進(jìn)巷道有序、安全掘進(jìn)。巷道掘進(jìn)機(jī)械設(shè)備采用懸臂式縱軸掘進(jìn)機(jī)，并在掘進(jìn)機(jī)上安裝臨時(shí)支護(hù)裝置，在掘進(jìn)的巷道頂部構(gòu)建支護(hù)結(jié)構(gòu)，為掘進(jìn)機(jī)安全作業(yè)創(chuàng)造條件。機(jī)載支護(hù)裝置借助掘進(jìn)機(jī)原站供油，支護(hù)裝置與掘進(jìn)機(jī)油路相通。在使用支護(hù)裝置之前，需關(guān)閉掘進(jìn)機(jī)油路，使用裝置的液壓系統(tǒng)促使主架和頂梁架向著巷道掘進(jìn)方向移動(dòng)，并提前在頂梁架上安裝支護(hù)鋼帶與鋼網(wǎng)。其次，推動(dòng)液壓手柄，使液壓油經(jīng)過(guò)溢流閥、操作閥、分流集流閥、雙向鎖、油缸，最終驅(qū)動(dòng)主架和頂梁架打開(kāi)，到達(dá)支護(hù)位置后，上升主架將鋼帶和鋼網(wǎng)頂在巷道上，然后進(jìn)行打眼與錨桿作業(yè)，完成巷道頂部的超前支護(hù)作業(yè)。以上作業(yè)結(jié)束后，收回主架與頂梁架，關(guān)閉支護(hù)裝置的油路，掘進(jìn)機(jī)開(kāi)始進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)，如此循環(huán)作業(yè)，在保證巷道結(jié)構(gòu)安全的情況下，加快巷道掘進(jìn)的速度。

3.3 超前支架的應(yīng)用

3.3.1 自動(dòng)式超前支架

自動(dòng)式超前支架已經(jīng)應(yīng)用于采礦工程之中，加快了支護(hù)的速度。該支架接觸面積大，支護(hù)強(qiáng)度好，在巷道圍巖支護(hù)中的應(yīng)用，提高巷道的安全穩(wěn)定性，降低頂板問(wèn)題的發(fā)生概率。使用操作簡(jiǎn)單，移動(dòng)速度快，完全滿足采礦工程工作面快速推進(jìn)的需要。該支架整體結(jié)構(gòu)緊湊，為采礦作業(yè)搭建了足夠的通道空間，方便材料的運(yùn)輸與作業(yè)人員的來(lái)回走動(dòng)。該支架在采礦工程中的應(yīng)用，減少傳統(tǒng)支護(hù)中材料與人力的投入量，節(jié)約工程成本，并為采礦工程支撐出安全的作業(yè)空間。

3.3.2 液壓支架

（1）支護(hù)單元設(shè)置。該技術(shù)繼承了單體配鉸梁超前支護(hù)的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，適用于變形采礦范圍大的工程，支撐能力大，提高了超前支護(hù)技術(shù)應(yīng)用的安全性與可靠性。針對(duì)不夠穩(wěn)定的采礦巷道，需選用支撐能力好的支護(hù)單元。將液壓支架支護(hù)單元沿著開(kāi)采影響范圍進(jìn)行布置，液壓支架有2~4個(gè)立柱，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，使用支護(hù)單元作為巷道的承載結(jié)構(gòu)，緩解了巷道的變形壓力。支護(hù)單元布置時(shí)，液壓支架通常是沿著巷道中心線兩側(cè)布置，盡可能不影響巷道的寬度，保證巷道的通暢。

（2）支護(hù)單元運(yùn)移。為了實(shí)現(xiàn)巷道的無(wú)反復(fù)支撐，減少超前支護(hù)的工作量，可采取尾部前移至首位的支護(hù)路線，將安全空間的尾部支護(hù)單元前移至采礦工程工作面推進(jìn)方向的首位。運(yùn)移主要有3 種方式：一是采用單軌吊運(yùn)，在巷道頂部使用支護(hù)單元架設(shè)單軌作為運(yùn)移單元的工具，優(yōu)點(diǎn)是不占用巷道底部空間，不受巷道地面起伏影響，缺點(diǎn)是操作復(fù)雜；二是地面運(yùn)輸，使用車輛運(yùn)輸較為簡(jiǎn)單、直接，但是占用巷道空間，運(yùn)輸受到地面環(huán)境的影響較大，因此，在運(yùn)輸選擇時(shí)，需要結(jié)合巷道的實(shí)際情況慎重選擇；三是在超前支護(hù)單元的首尾各放置一臺(tái)自移式吊裝機(jī)，用于起吊支護(hù)單元，尾部吊裝機(jī)將支護(hù)單元前移至中間位置，首部的吊裝機(jī)將其移動(dòng)到首位，以此循環(huán)移動(dòng)。吊裝機(jī)體量小、吊裝操作簡(jiǎn)單方便靈活，在運(yùn)移支護(hù)單元中具有應(yīng)用的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

4 超前支護(hù)之礦產(chǎn)回采

礦產(chǎn)回采是指對(duì)已經(jīng)開(kāi)采過(guò)的礦山進(jìn)行再次采礦，是采礦工程的重要組成部分。礦產(chǎn)回采是將之前開(kāi)采遺留下的煤礦進(jìn)行回收，避免礦產(chǎn)資源的浪費(fèi)，增加煤礦的生產(chǎn)效益。礦產(chǎn)回采必須在保證煤礦工人的安全下進(jìn)行，需使用安全的支護(hù)結(jié)構(gòu)，使煤礦工人安全、順利回收礦石。

4.1 常見(jiàn)的問(wèn)題

由于礦產(chǎn)回采是在開(kāi)采過(guò)的礦山進(jìn)行，礦山經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的煤礦開(kāi)采，整體受力結(jié)構(gòu)受到機(jī)械設(shè)備、爆破、人力等的影響，安全性較差，存在較高的坍塌風(fēng)險(xiǎn)，而且?guī)r石較為破碎，增加了礦產(chǎn)回采的難度。前期采用的采礦施工方案已經(jīng)明顯不適用，需結(jié)合當(dāng)下情形制定出安全有效的超前支護(hù)措施，才可保證回采工作的安全，那么應(yīng)構(gòu)建安全的回采作業(yè)空間，將礦山中遺留下的煤礦資源進(jìn)行全面的回收，盡可能減少煤礦企業(yè)資源的浪費(fèi)，提高企業(yè)的生產(chǎn)效益。

4.2 超前支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

4.2.1 原路徑回采

原路徑回采是按照之前的采礦路徑持續(xù)推進(jìn)，回收原先采礦位置遺留下的煤礦。原路徑回采回收煤礦的效果好，但是安全性較差，原先采礦的巷道經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)活動(dòng)的干擾，礦井內(nèi)部的承重結(jié)構(gòu)性能有所下降，再次回采進(jìn)一步增加了擾動(dòng)程度，引發(fā)坍塌的概率較大。所以，需采用超前支護(hù)技術(shù)保障礦產(chǎn)回采作業(yè)的安全。具體措施如下：進(jìn)路間距控制在大約5m，以間距1.5m開(kāi)展放頂回采作業(yè)，進(jìn)而保證原路徑礦產(chǎn)回采作業(yè)的安全。

4.2.2 沿著連接柱回采

該回采方式與原路徑回采相比，安全性較好且回采成本低，是礦產(chǎn)回采中較為安全的一種回采方法。但是，沿著廢棄礦場(chǎng)連接柱回采效率不是十分理想，不能實(shí)現(xiàn)采礦區(qū)的全面覆蓋，存在較多的回采盲點(diǎn)。因此，在回采方式中使用超前支護(hù)技術(shù)，以增加礦產(chǎn)回采的效果。針對(duì)回采工作面進(jìn)行超前支護(hù)處理，工作面底部?jī)蓚?cè)使用兩個(gè)支架作為支撐，兩個(gè)支架之間的頂梁位置通過(guò)千斤頂鏈接底座，形成一個(gè)安全的支護(hù)結(jié)構(gòu)，以此種方式進(jìn)行支架前后設(shè)置，前后支架相互鏈接，使整體支架更為的牢固。該支架節(jié)約回采工作面的空間，支撐寬度可達(dá)3m，高度3.5m，底座較小，方便煤礦工人來(lái)回走動(dòng)，保證回采安全的同時(shí)，節(jié)約回采的成本支出。

5 超前支護(hù)之電耙道修復(fù)

5.1 常見(jiàn)的問(wèn)題

電耙道屬于煤礦的運(yùn)輸通道，在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，電耙道會(huì)受到損壞，影響到煤礦運(yùn)輸?shù)男省＠?，煤礦開(kāi)采中的各種爆破影響到電耙道結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，導(dǎo)致坍塌引發(fā)運(yùn)輸阻斷問(wèn)題，甚至是電耙道出現(xiàn)無(wú)法使用的情況，需要煤礦企業(yè)停止正常的采礦生產(chǎn)，進(jìn)行電耙道的修復(fù)工作，進(jìn)而增加煤礦企業(yè)人力、物力、財(cái)力等方面的資源投入，影響到煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效益?；诖耍槍?duì)電耙道采用超前支護(hù)技術(shù)，對(duì)電耙道周圍的巖層進(jìn)行超前加固，保證電耙道高質(zhì)量的運(yùn)行狀態(tài)。

5.2 超前支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

煤礦在開(kāi)采過(guò)程中時(shí)常會(huì)用到底柱分段崩落法開(kāi)展生產(chǎn)，而電耙道是為了運(yùn)出礦井中的煤礦而建設(shè)，爆破直接影響到電耙道的運(yùn)行狀態(tài)。為了減少采礦爆破對(duì)電耙道的損壞，可在電耙道修復(fù)過(guò)程中使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作為超前支護(hù)方案。針對(duì)電耙道坍塌的位置，建議使用10cm×10cm 的鋼支架，可根據(jù)坍塌的實(shí)際情況，選擇“口”或“工”字形鋼板。鋼支架在設(shè)置時(shí)不可影響到電耙道正常運(yùn)行，盡量設(shè)置在邊緣位置。如果是整體電耙道超前支護(hù)，在電耙道周圍巖石每隔5m打入一個(gè)鋼錨桿固定巖石，使電耙道周圍巖石層形成一個(gè)整體、牢固的鋼錨棚，防止周圍巖土的掉落。完成電耙道加固后，清理電耙道中的碎石、土壤等。在電耙道周圍巖石加固穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，為了提高電耙道煤礦運(yùn)輸效率，可進(jìn)行電耙道的擴(kuò)展，為煤礦運(yùn)輸開(kāi)辟一條暢通無(wú)阻的道路。

6 結(jié)語(yǔ)

煤礦企業(yè)的采礦工程為井下作業(yè)，作業(yè)環(huán)境較差，危險(xiǎn)系數(shù)較高。因此，在采礦工程的巷道掘進(jìn)、礦石回采、石門(mén)揭煤、電耙道修復(fù)等項(xiàng)目中，需采用超前支護(hù)技術(shù)對(duì)作業(yè)空間環(huán)境進(jìn)行加固處理，最大限度地避免采礦工程常見(jiàn)問(wèn)題的出現(xiàn)，確保采礦工程安全、穩(wěn)步、有序的推進(jìn)，以此保證作業(yè)區(qū)安全、煤礦工人安全、生產(chǎn)安全，實(shí)現(xiàn)采礦工程生產(chǎn)效益、經(jīng)濟(jì)效益、安全效益的全面提升。