煤礦掘進支護應用探討

郭世杰

摘 要:闡述了煤礦掘進支護的重要意義,分析了當前煤礦掘進支護發展現狀,提出了煤礦掘進支護應用的對策措施,以提高煤礦安全生產水平。

關鍵詞:煤礦掘進支護應用

中圖分類號:TD353.6 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)05(c)-0071-01

1 引言

我國的煤礦生產多數是在地下進行,露天開采的數量極為有限,根據有關統計數據,我國大部分煤礦開采近八成以上均需要在地下進行,這種井工開采,井下作業,需要在地表以下開掘大量巷道,以實現采煤與運輸的高效運行。由于地下礦井地質條件復雜、作業施工環境惡劣,搞好煤礦掘進支護,提高巷道暢通與圍巖穩定水平,對提升煤礦安全生產質量與水平具有十分重要的現實意義。在這種背景之下,積極探索煤礦掘進支護的相關應用技術,提高煤礦掘進支護水平,對促進煤礦可持續發展意義重大。

2 煤礦掘進支護發展現狀

隨著煤礦開采強度與范圍顯著增加,巷道布置出現了以下發展方向:一是在巷道層位方面,永久性巷道從巖巷向煤巷發展,以提高掘進速度,縮短建井周期;放頂煤開采技術的廣泛應用,使得回采巷道從巖石頂板煤巷向煤層頂板巷道和全煤巷道發展。二是在巷道斷面形狀與大小方面,拱形斷面向矩形斷面發展,以提高掘進速度與斷面利用率,回采巷道有利于采煤工作面的快速推進;小斷面向大斷面發展,以滿足大型采掘設備與高開采強度的要求。三是在回采巷道數量方面,單巷布置向多巷發展,以滿足高瓦斯礦井及大型礦井運輸、通風的要求。四是從巷道賦存條件方面,埋深從淺部向深部發展,簡單地質條件向復雜地質條件發展。所有這些發展趨勢都增加了巷道支護難度,對支護技術提出更高、更苛刻的要求。

煤礦巷道支護經歷了木支護、砌碹支護、型鋼支護到錨桿支護的漫長過程。我國煤礦于20世紀50年代開始在巖巷中使用錨桿支護,至今已有半個多世紀的歷史。錨桿支護經歷了從低強度、高強度到高預應力、強力支護的發展過程。早期的錨桿主要是機械錨固錨桿、鋼絲繩砂漿錨桿、端部錨固樹脂錨桿、快硬水泥錨桿及管縫式錨桿等。這些錨桿支護強度與剛度低,支護原理上仍屬于被動支護,只適應于簡單地質條件。對高強度錨桿支護技術是由澳大利亞引進的錨桿支護技術。近年來,為了解決深部及復雜困難巷道支護難題,又開發出高預應力、強力錨桿支護技術。不僅重視錨桿的強度,而且更重視支護系統的剛度,特別是錨桿預應力的重要性,真正實現了錨桿的主動、及時支護,充分發揮了錨桿的支護作用。

井下應用大幅度減少了巷道圍巖變形與破壞,巷道支護與安全狀況發生了本質改變。同時,實現了高強度、高剛度、高可靠性與低支護密度的“三高一低”的現代錨桿支護設計理念,在保證支護效果的前提下,顯著提高了巷道掘進速度與工效。目前,國有大中型煤礦的煤巷錨桿支護率達到六成以上,有些礦區超過了九成。我國煤礦已經形成了有中國特色的煤巷錨桿支護成套技術體系,錨桿支護已經成為煤礦巷道首選的、安全高效的主要支護方式。它深刻地改變了礦井的開拓部署與巷道布置方式,對我國高產高效礦井建設、煤炭產量與效益的大幅度提高及安全狀況的改善起到不可替代的重要作用。

3煤礦掘進支護應用對策

3.1 吊環式前探梁應用

采用三根吊掛前探支架做為臨時支護。前探梁采用11#礦用工字鋼或π型鋼制作,長度大于3.0m,用吊環固定。中間一根沿巷道中線布置,兩側前探梁距中間一根1.0m,每根前探梁不少于2個固定點。前探梁到迎頭的端面距不得大于0.3m。前探梁上方使用專用方木、構木、木契等,超前支護距兩幫端面距不超過0.3m。吊環的強度要與前探梁的強度相匹配。上吊環的錨桿必須留有40～100mm的絲扣,以保證吊環的牢固。吊環必須全部上入錨桿,要求上緊上牢上滿絲;在前探梁臨時支護掩護下,再進行其他工作。架設前要先進行敲幫問頂,清理浮矸活石,然后前移前探梁。

3.2 吊鏈時前探梁應用

采用三根吊掛前探梁做為臨時支護。前探梁采用π型鋼制作,長度大于3.5m,用吊環固定。中間一根沿巷道中線布置,兩側前探梁距中間一根1.0-1.2m,每根前探梁不少于2個固定點。前探梁到迎頭的端面距不得大于0.3m。超前支護距兩幫不超過0.3m。架設前要先進行敲幫問頂,清理浮矸活石,然后前移前探梁。一切工作必須在完好的永久支護或臨時支護下進行,嚴禁空頂作業。迎頭10m范圍內的棚必須使用聯棚器進行連鎖加固,每架棚使用兩個聯棚器,聯棚器使在距離底板1m處,施工中,遇特殊情況使不上聯棚器時,必須用鐵镢子進行防倒加固。

3.3 單體柱配π型鋼前探梁應用

前探梁采用π型鋼制作,長度大于3.5m,用外注式單體液壓支柱支設(一梁三柱)。每兩條前探梁間距1.0m,每根前探梁不少于3個單體液壓支柱。前探梁到迎頭的端面距不得大于0.3m。前探梁上方使用專用方木(規格160×120×3200mm)、穿桿、木楔等,超前支護距兩幫端面距不超過0.3m。架設前要先進行敲幫問頂,清理浮矸活石,然后前移前探梁。

3.4 單體液壓支柱配鉸接頂梁支護應用

支護采用單體液壓支柱配選用HDJA—1200型金屬鉸接頂梁,柱距1.2m、排距0.9-1.2m、距幫不大于0.6m,柱子打在頂梁的中部。每次放炮后立即掛上頂梁插上水平銷,在頂梁的掩護下,鋪上鋼筋網,打上水平楔,然后在頂梁下支設單體液壓支柱。鋪網要求:網要緊貼巖面,搭接0.2m,每隔0.2m用11#鐵絲扭結。單體支護支設要求:所有基本柱的初撐力不低于90kN,每班對單體液壓支柱巡查管理,發現漏液、卸載的單體液壓支柱及時進行更換,確保支柱全承載支護。單體液壓支柱和金屬鉸接頂梁,沿巷道支設成三排,一梁一柱支設,柱子支設在梁的中間,頂板破碎地段每兩排頂梁之間間隔200～400mm穿小木棍、板批防止漏頂,要增加穿桿數量,穿桿要鉸接使用。

3.5 混凝土永久支護應用

煤礦永久支護是在巷道的服務年限內,為維護巷道圍巖穩定而進行的支護。通常包括混凝土支護、料石碹支護、錨網噴支護等。噴射混凝土施工設備的布置,要以施工安全、高效操作為前提,科學選取施工距離。錨桿噴射混凝土支護施工要根據錨桿的型號科學組織。在掘進后,先安裝臨時錨桿,繼而噴薄層混凝土,再進行復噴達到設計規定的噴層厚度,頂板情況良好時,噴一薄層混凝土,再安裝錨桿,再進行復噴,達到設計規定的噴層厚度。錨網噴射混凝土施工,對于破碎軟巖斷層帶需增加金屬網一層或兩層,增大其強度,起到鋼筋混凝土的作用,鋼筋網鋪設在使用前清除污銹。鋼筋網噴射混凝土作業時,應先埋設好噴厚的標釘,以控制噴層厚度。噴射時,適當縮小噴頭與受噴面間的距離,調節噴射角度,確保鋼筋和圍巖表面混凝土的密實性,確保施工平整、安全。

參考文獻

[1] 方樹林,張劍,武立文,等.特厚夾層堅硬頂板大斷面掘進巷道圍巖變形特征與支護技術研究[J].煤炭工程,2012(2).

[2] 黃玉冬.錨桿錨索梯次支護技術在沿空掘巷中的應用[J].中州煤炭,2012(1).

[3] 楊智英,楊小強.薄基巖淺埋煤層掘進中支護工藝探索[J].內蒙古煤炭經濟,2012(1).