康馬超

（晟泰能源投資有限公司安全管理中心，山西 晉城 048001）

0 引言

煤礦開采是國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，深入挖掘煤礦建設(shè)的各個環(huán)節(jié)，對于保證煤礦生產(chǎn)安全和穩(wěn)定具有積極意義。任何一種生產(chǎn)經(jīng)營活動皆需保證施工安全，尤其在煤礦掘進(jìn)、支護(hù)等應(yīng)用中更是如此，由于煤礦開采大部分工作是在地下進(jìn)行，而且煤礦位置無法及時準(zhǔn)確定位，為確保采礦作業(yè)有序開展，便需在煤礦中修建巷道，并將支護(hù)技術(shù)作為支撐，同時做好相應(yīng)輔助工作，選取與實際工程地區(qū)具體條件相匹配的巷道掘進(jìn)方法加以應(yīng)用，從而使預(yù)期效果得以切實實現(xiàn)。

1 工程概述

青洼煤業(yè)位于翼城縣，晟泰能源投資有限公司為其整合主體，青洼煤業(yè)礦井面積為3.635 5 km2，規(guī)劃產(chǎn)能為60 萬t/a，礦井屬于低瓦斯類型礦井，水文地質(zhì)條件為中等，目前共開采2#層，每層平均厚6.66 m，具有一定爆炸危險特性，礦井開拓方式為斜井開拓，通風(fēng)方式為中央并列式，青洼煤業(yè)深跨比詳情見圖1。

圖1 青洼煤業(yè)深跨比

2 煤礦巷道掘進(jìn)與頂板支護(hù)影響因素

2.1 掘進(jìn)影響因素

1）自然因素影響。在煤礦巷道掘進(jìn)施工過程中，自然因素為其主要影響，此因素影響主要可分為瓦斯爆炸與地質(zhì)構(gòu)造兩種。其中，瓦斯爆炸泛指在巷道掘進(jìn)至構(gòu)造較為復(fù)雜的煤系地層時所引發(fā)瓦斯突涌問題，此問題會導(dǎo)致巷道瓦斯?jié)舛仍诙虝r間內(nèi)快速增加，從而對井下施工人員健康與生命安全造成威脅，同時也會為巷道施工埋下一定安全隱患，對于施工進(jìn)度有著嚴(yán)重影響。在通常情況下，大部分煤礦企業(yè)會通過降低掘進(jìn)工作面與回風(fēng)風(fēng)流等措施降低瓦斯?jié)舛龋瑥亩行П苊馔咚贡ìF(xiàn)象發(fā)生[1]。而在地質(zhì)構(gòu)造影響方面，其主要為在掘進(jìn)巷道時，掘進(jìn)工作面煤巖硬度、圍巖機理、褶曲構(gòu)造等方面較為復(fù)雜，對掘進(jìn)施工造成一定影響。在一般情況中，煤礦企業(yè)在遭遇復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境與褶曲斷層時，施工人員會對施工進(jìn)度加以合理控制，此方式能夠有效避免頂板發(fā)生碎裂現(xiàn)象以及冒頂?shù)认嚓P(guān)安全事故。

2）人為因素影響。在巷道掘進(jìn)施工過程中，不論是井下施工人員，亦或管理與操作人員，皆需進(jìn)行溝通交底工作，否則一旦發(fā)生施工問題便會令掘進(jìn)進(jìn)度受到嚴(yán)重影響。這對于相關(guān)工作人員綜合素養(yǎng)與能力提出更高要求，而對于煤礦企業(yè)而言，也需針對相關(guān)人員開展定期培訓(xùn)活動，使其綜合素養(yǎng)與職業(yè)能力能夠得到有效提升，從而確保掘進(jìn)工作所受人為因素影響降至最低。

2.2 現(xiàn)存支護(hù)問題

在礦井巷道掘進(jìn)中，支護(hù)技術(shù)運用會受到施工工藝極大影響。目前，在大部分礦井巷道施工中，普遍采用鉆孔爆破法，此方法具有較高施工效率。但若在使用過程中出現(xiàn)操作不當(dāng)現(xiàn)象，極有可能會導(dǎo)致支護(hù)頂板的穩(wěn)定性受到嚴(yán)重影響，導(dǎo)致塌方問題，造成巨大損失和人員傷亡[2]。青洼煤業(yè)煤礦頂板巖梁跨度、變化與幫部剛度關(guān)系詳情見表1，所使用材料詳情見表2。另外，現(xiàn)階段支護(hù)方式通常以錨桿支護(hù)為主，其主要作用在于穩(wěn)固松軟巖層，錨桿支護(hù)懸吊作用詳情見圖2。站在一般支護(hù)角度上來看，錨桿支護(hù)能夠促使層狀地層與頂板之間形成組合梁，同時將其作為巷道支撐疊合梁，巖石錨固前后應(yīng)力變化詳情見圖3。

表1 青洼煤業(yè)煤礦頂板巖梁跨度、變化與幫部剛度關(guān)系

表2 青洼煤業(yè)煤礦頂板所使用材料

圖2 錨桿支護(hù)懸吊作用

圖3 巖石錨固前后應(yīng)力變化

3 煤礦巷道掘進(jìn)施工與支護(hù)技術(shù)應(yīng)用要點

3.1 頂錨桿支護(hù)施工

1）錨桿所使用螺紋鋼為全場錨固數(shù)值錨桿，規(guī)格為20 mm×2 000 mm，并且所述螺栓長度為1 根MSCKb2360 和1 根MSK2380 的全長度錨固。

2）采用MQT 型氣壓式錨桿孔，28 mm 的鉆頭，兩邊錨桿要朝兩邊傾斜75°；同時采用斜拉式的錨桿托架，其中心的夾角應(yīng)盡量與頂板的巖體相平行。鉆孔深度為1.93 m，用濕法鉆孔，并作好注水標(biāo)志。

3）固定頂錨。采用錨桿鉆具進(jìn)行錨固；在安裝錨栓之前，應(yīng)注意錨劑有效期，顏色及手感是否柔軟，如果發(fā)現(xiàn)結(jié)塊、發(fā)硬或破裂；不得采用變質(zhì)或過期的錨定液；在錨桿的末端裝有攪動接頭，由錨桿本體將錨定液送到孔底部，再沿順時針方向轉(zhuǎn)動，由攪動和向前移動；在使用膠粘膠固定時，要均勻地提升鉆頭，防止過早地把包裹的錨定劑打碎；將錨定液打入孔內(nèi)，再啟動鉆頭進(jìn)行攪拌器，攪拌時要保持勻速，在5 min的等候期間內(nèi)，利用錨桿鉆或氣動板機來固定錨具，采用扭轉(zhuǎn)鉗，以不低于200 N·m 的擰緊扭矩；螺栓在10～50 mm 的范圍內(nèi)露出。

3.2 錨索施工

1）采用MH-100 型末端錨定預(yù)加拉錨纜。在150～250 mm 的范圍內(nèi)，用2 根MSK2380 樹脂錨固劑、1 根MSCKb2360 樹脂的錨桿進(jìn)行延長錨固。

2）采用MQT 型空氣錨桿鉆、Φ28 mm、B=19mm、L=1.0 m 的空心六角線、外側(cè)鋼絲與長銅棒，鉆孔深度5.0 m，鉆孔采用濕法鉆孔。在保證鉆井精度的前提下，井眼和設(shè)計軸之間的誤差不超過5°。

3）錨索的固定。對錨索鉆孔深度、數(shù)量進(jìn)行檢驗，將3 根樹脂錨固劑用錨索向鉆孔內(nèi)推進(jìn)，然后手工將錨索、錨固劑慢慢推進(jìn)，然后用超速膠片進(jìn)行預(yù)裝；將錨索插入攪拌器內(nèi)，采用固定裝置，沿順時針方向轉(zhuǎn)動，攪拌周期為15～20 s；15 min 后將鎖固定好，然后預(yù)緊1 h 后再拉。預(yù)緊復(fù)緊時，將張拉設(shè)備內(nèi)的大功率設(shè)備與繩纜連接，采用大功率的起重設(shè)備對張拉進(jìn)行預(yù)壓。在預(yù)緊期，將繩纜托板壓在巖石表面，當(dāng)張力超過150 kN 時停止，張拉時，現(xiàn)場工作人員不得站立于錨索之下，且應(yīng)避開壓力管道的影響，以免造成崩管傷人現(xiàn)象[3]。

3.3 兩幫支護(hù)

1）鉆孔采用ZMS-60 和YTP-26 高頻率風(fēng)鉆，其鉆孔深度為1.93 m。在采用風(fēng)煤鉆孔時，采用28 mm的合金鉆頭、B=22 mm、L=2.0 m 的麻花幫錨鉆柱；采用高頻率的風(fēng)鉆鉆孔，采用28 mm 圓柱形的鉆頭，B=20 mm、L=2.0 m 的空心內(nèi)六角錐。打眼要用濕法，并且要注意深度控制。

2）將1 個MSK2380 和1 個MSCKb2360 樹脂錨定在輔助錨具上，隨后采用ZMS-60 風(fēng)力煤鉆機混合粘結(jié)料，在15～20 s 內(nèi)進(jìn)行混合。

3）在固定好錨桿后，用扭轉(zhuǎn)鉗檢驗螺栓的擰緊強度，螺栓螺栓的擰緊扭矩不得低于200 N，錨桿螺母外露錨桿絲扣在10～50 mm 的范圍內(nèi)露出。

3.4 鋪網(wǎng)工藝

在鋪設(shè)金屬菱形網(wǎng)片時，應(yīng)按隧道開挖方向的長邊鋪設(shè)，網(wǎng)片與網(wǎng)片的交迭搭接不得少于100 mm。采用“三花”形雙絞線14 號鋼接頭，接頭間隙不超過200 mm；輔助網(wǎng)片與頂部網(wǎng)片采用雙絞線14 號鋼絲單行連接，固定扣的間隔不超過200 mm。在掘進(jìn)方向網(wǎng)和網(wǎng)之間用一條成形的鋼絲直接聯(lián)結(jié)，兩端擰緊，應(yīng)鋪設(shè)平整、緊密貼頂（幫），并相互拉緊，不留下網(wǎng)袋。

4 煤礦巷道掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)優(yōu)化措施

4.1 引進(jìn)先進(jìn)采煤設(shè)備與技術(shù)

在開展煤礦巷道采煤掘進(jìn)工作時，應(yīng)與煤礦實際采煤掘進(jìn)環(huán)境與生產(chǎn)目標(biāo)相結(jié)合，在引進(jìn)具有較強先進(jìn)性采煤設(shè)備的同時，開展定期維護(hù)保養(yǎng)工作，從而為設(shè)備性能提供保障，將巷道采煤掘進(jìn)過程中設(shè)備故障發(fā)生概率降至最低，促使煤礦巷道采煤掘進(jìn)速度與效率得到進(jìn)一步提升。并且，也可采用無人工作面開采技術(shù)提升破煤、裝煤等工作效率，此技術(shù)能夠在采煤設(shè)備處于正常狀態(tài)時介入到工作面監(jiān)督當(dāng)中，促使采煤掘進(jìn)工作質(zhì)量與效率得到大幅度提升，同時為相關(guān)工作人員生命安全提供保障，對現(xiàn)有資源充分利用的同時，有序開展掘進(jìn)作業(yè)。

4.2 加強采煤施工管理

由于煤礦巷道采煤掘進(jìn)相關(guān)工作內(nèi)容具有一定復(fù)雜性，且極易受到環(huán)境因素影響，故而其不僅需要具有較強先進(jìn)性的采煤技術(shù)與設(shè)備支撐，同時也需具有較強綜合素質(zhì)工作人員為其有序開展提供保障。因此，需針對相關(guān)工作人員開展專業(yè)性培訓(xùn)，在令其具有較高技術(shù)熟練度的同時，養(yǎng)成良好安全意識，并在必要時通過獎懲評價等績效管理方式，激勵其提升自身專業(yè)知識與安全素養(yǎng)，從而確保煤礦巷道采煤掘進(jìn)工作質(zhì)量大幅度提升，確保企業(yè)獲得良好經(jīng)濟(jì)效益與社會效益[4]。

5 結(jié)語

在煤礦開采效率與質(zhì)量方面，巷道掘進(jìn)與頂板支護(hù)技術(shù)為其中關(guān)鍵內(nèi)容，故而煤礦企業(yè)在開采過程中應(yīng)加大對其關(guān)注力度，從而在切實提升開采工作效率的同時，確保自身能夠獲得更高經(jīng)濟(jì)效益，并對此技術(shù)展開更深層次分析與研究，通過針對性措施為其應(yīng)用合理性提供保障。