中小型煤礦采煤工作面合理支護(hù)設(shè)計(jì)

摘要：煤礦采煤工作面的安全穩(wěn)定性直接關(guān)系到生產(chǎn)的安全性，在煤礦施工活動(dòng)中，工作面的質(zhì)量將對(duì)煤礦的開采工作產(chǎn)生最為直接的影響，必須對(duì)采煤工作面進(jìn)行科學(xué)合理的支護(hù)設(shè)計(jì)，以充分地保障煤礦工作面支護(hù)系統(tǒng)的安全性，為煤礦資源的正常開采創(chuàng)造有利條件，從而更好地為實(shí)現(xiàn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益服務(wù)。

關(guān)鍵詞：中小型煤礦；采煤工作面；支護(hù)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TD355 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）07-0104-02

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，當(dāng)前中小型煤礦的采煤工藝很多已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化作業(yè)，采用機(jī)械采煤技術(shù)可以大大提高生產(chǎn)的安全性和作業(yè)的效率。采用機(jī)械采煤技術(shù)同樣對(duì)工作面的支護(hù)提出了新的要求。由于機(jī)械作業(yè)的振動(dòng)相對(duì)較大，要充分保障施工中機(jī)械作業(yè)的穩(wěn)定性，就必須要對(duì)采煤區(qū)的相應(yīng)位置進(jìn)行支護(hù)。通常情況下，在進(jìn)行工作面的支護(hù)時(shí)采取的是整體式液壓支架系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)支護(hù)工作的。采取機(jī)械化的支護(hù)方式來(lái)與機(jī)械化的采煤方式相配套，可以更好地保障工作面的穩(wěn)定工作。由于采煤過(guò)程中不同煤層頂板的厚度及其穩(wěn)定性的差異，在進(jìn)行具體支護(hù)方式的優(yōu)選時(shí)也有一定的差異，同時(shí)還要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行綜合分析，要充分保障工作面的安全穩(wěn)定性就應(yīng)當(dāng)對(duì)其支護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)。

1 中小型煤礦工作面液壓支架的優(yōu)選

在煤礦的采煤工作面運(yùn)用液壓支架實(shí)現(xiàn)支護(hù)，按照所使用的液壓支架的形式不同可以將其大致分為三種類型，包括以支撐的形式實(shí)現(xiàn)支護(hù)的、通過(guò)掩護(hù)的形式實(shí)現(xiàn)支護(hù)以及通過(guò)支撐與掩護(hù)的有機(jī)結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)支護(hù)等。在進(jìn)行液壓支架的使用過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)參照工作面所對(duì)應(yīng)的煤層特征來(lái)進(jìn)行具體分析，同時(shí)還要綜合考慮煤層的頂板厚度、對(duì)應(yīng)的壓力大小以及所處的地址狀況等因素，在進(jìn)行詳細(xì)分析研究后擇優(yōu)確定相應(yīng)的液壓支護(hù)

形式。

另一方面，在完成了液壓支架的類型選取后，還要對(duì)其大小規(guī)格、工作阻力等進(jìn)行比選，選出最適合的規(guī)格用于工作平臺(tái)的支護(hù)。主要涉及到的工作包括分析考慮工作面的工作條件特征，由于不同類型的液壓支架適用于不同的工作條件，例如對(duì)于那些煤層頂板較為完整壓力較大并且巷道中瓦斯?jié)舛认鄬?duì)比較高的工作面采用支撐式的液壓支架更為適合；而對(duì)于壓力相對(duì)較小，巷道中瓦斯?jié)舛容^低且煤層所處的工作面不是很寬時(shí)，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先采取掩護(hù)式的液壓支架進(jìn)行支護(hù)；兼具以上兩者部分特性的工作面則可考慮采取支撐式與掩護(hù)式相結(jié)合的形式進(jìn)行工作面的支護(hù)。在進(jìn)行液壓支護(hù)時(shí)，工作面阻力大小，要通過(guò)煤層頂板類型對(duì)壓力進(jìn)行分析，依據(jù)壓力的大小選配適宜阻力值的液壓支架，特別要注意在選配時(shí)必須保證液壓支架可以承受的壓力高于煤層具有的壓力，這樣才能確保支護(hù)的安全可靠性。在確定液壓支架規(guī)格的大小時(shí)，要依據(jù)工作面煤層具有的厚度來(lái)進(jìn)行分析，由于液壓支架的規(guī)格大小也有一定的限制，因而，在確定規(guī)格大小時(shí)不能超越了其限值的范圍。

2 中小煤礦工作面巷道側(cè)面支護(hù)設(shè)計(jì)

通過(guò)機(jī)械化作業(yè)在工作面進(jìn)行開采時(shí)，機(jī)械設(shè)備在工作過(guò)程中會(huì)對(duì)巷道的兩側(cè)面產(chǎn)生較大的影響，特別是產(chǎn)生的振動(dòng)作用極易造成巷道側(cè)面產(chǎn)生滑坡情況，對(duì)采煤工作造成重大影響，因此要盡可能地防止由于振動(dòng)對(duì)工作面造成的不利影響，這就需要在采煤作業(yè)還未開采的巷道側(cè)面和振動(dòng)產(chǎn)生影響較小巷道部位要預(yù)先采取支護(hù)，這樣通過(guò)提前采取預(yù)防措施來(lái)保障采礦作業(yè)能夠順利進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)采礦作業(yè)的安全生產(chǎn)。我國(guó)在相關(guān)法律法規(guī)中也對(duì)煤礦巷道內(nèi)作業(yè)的安全性要求進(jìn)行了明確的規(guī)定，對(duì)于采煤工作面的全部出口，要求和巷道的連接處至少有二十米的距離，同時(shí)必須對(duì)這段區(qū)域采取加強(qiáng)支護(hù)的措施，以保證出入口的安全性。在開采工作面的工作部位，需要保證巷道的高度大于1.6m，在其余的部位要求巷道的高度為1.5m以上。同時(shí)必須配置專門的作業(yè)維護(hù)人員，在出現(xiàn)巷道頂柱斷裂或是巷道產(chǎn)生變形時(shí)，應(yīng)第一時(shí)間進(jìn)行維護(hù)，當(dāng)采煤工作面處于工作狀態(tài)時(shí)應(yīng)當(dāng)依照生產(chǎn)的實(shí)際來(lái)對(duì)巷道的超前支護(hù)距離進(jìn)行確定，通常而言，支護(hù)的距離一般是在20～30m的范圍，在出現(xiàn)支護(hù)面壓力較大或較復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境時(shí)，原設(shè)置的支護(hù)不能滿足工作要求則應(yīng)將超前支護(hù)進(jìn)行適當(dāng)加大，支護(hù)距離的確定和現(xiàn)場(chǎng)的施工環(huán)境密不可分，要以此作為確定超前支護(hù)距離的重要依據(jù)。在進(jìn)行巷道超前支護(hù)時(shí)常采用的形式主要有拱形金屬支架式、梯形木棚式以及雙向鉸接頂梁式支護(hù)等。

在實(shí)施巷道的超前支護(hù)前，需在采煤工作面之前搭設(shè)替棚，搭建時(shí)應(yīng)當(dāng)與拱形金屬支架及十字鉸接頂梁緊密結(jié)合牢固，要求替棚的高度達(dá)到1.5m以上，長(zhǎng)度控制在3～5m之間，必須確保作業(yè)人員有大于0.7m的側(cè)行寬度。當(dāng)實(shí)施巷道煤壁的支護(hù)且其在20m的范圍之內(nèi)時(shí)，應(yīng)在拱形金屬支架底部位置布置單排鉸接頂梁，將其跟單體液壓支柱一起進(jìn)行支護(hù)。或者是通過(guò)在拱形金屬支架下增設(shè)中柱，并將木頭塞入中柱頂部跟拱形金屬架的空隙內(nèi)，必須要對(duì)木頭采取可靠的加固措施，確保支柱的穩(wěn)定性和可靠性。當(dāng)采用梯形棚支護(hù)實(shí)施超前支護(hù)時(shí)，應(yīng)對(duì)煤壁與支護(hù)結(jié)構(gòu)的距離進(jìn)行考慮，來(lái)確定對(duì)應(yīng)的支護(hù)配套措施。在離煤壁10～20m的范圍時(shí)，應(yīng)采用單排鉸接頂梁與單體液壓支柱相互配合進(jìn)行。而在煤壁與支護(hù)距離為10m范圍之內(nèi)時(shí)，應(yīng)以梯形棚為基礎(chǔ)，同時(shí)使用雙排鉸接頂梁以及單體液壓支柱等進(jìn)行綜合支護(hù)。采用雙向鉸接頂梁式支護(hù)，因?yàn)槭猪斄捍嬖谙鄬?duì)較短的不足，在保證支護(hù)的安全性方面有一定的缺陷，并且十字頂梁存在過(guò)多的鉸接形式，在結(jié)構(gòu)承受較大壓力時(shí)容易出現(xiàn)脫焊開裂的問(wèn)題，同時(shí)在運(yùn)輸時(shí)也不夠方便。雙向鉸接頂梁式是以十字頂梁式為基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行改造的，對(duì)十字頂梁支護(hù)有了進(jìn)一步的改進(jìn)和完善，它的鉸接點(diǎn)大大減少了，同時(shí)對(duì)鉸接點(diǎn)布置的位置有了更科學(xué)的設(shè)計(jì)定位，較大地提升了鉸接點(diǎn)承載壓力的性能。在進(jìn)行支護(hù)時(shí)，雙向鉸接頂梁順著巷道的走向進(jìn)行布置，保證了頂梁能夠連續(xù)設(shè)置。需要沿著側(cè)向展開時(shí)又能很好地跟通常的鉸接頂梁可靠銜接，優(yōu)化了雙向鉸接頂梁的工作性能。

3 特殊工作面應(yīng)采取的措施

在實(shí)施采礦作業(yè)過(guò)程中，會(huì)有各種各樣的頂板條件存在，而不同類型的頂板會(huì)對(duì)采礦工作面產(chǎn)生不同的影響效果，要保證采礦作業(yè)的順利實(shí)施，就需要加強(qiáng)管理這些特殊工作面，這就要求為不同類型的頂板優(yōu)選最為合適的支護(hù)，避免對(duì)工作面造成影響。

當(dāng)開采過(guò)程中出現(xiàn)巷道頂板破碎問(wèn)題，在對(duì)其采取支護(hù)加固時(shí)應(yīng)采取掩護(hù)式支架形式，這主要是掩護(hù)式支架適合在頂板壓力小并且頂板不完整的環(huán)境中使用。當(dāng)需要支護(hù)破碎的頂板時(shí)，要考慮頂板的破碎程度然后有針對(duì)性地進(jìn)行維護(hù)加固，例如可以將金屬網(wǎng)片鋪設(shè)在頂梁上對(duì)已經(jīng)破碎的頂板進(jìn)行防護(hù)。在中小煤礦頂板相對(duì)較硬時(shí)，可以通過(guò)采用適用于頂板較硬同時(shí)受到壓力較大頂板的支撐式支護(hù)方式。在實(shí)踐中，也可以依據(jù)頂板的具體硬度選擇其它的支護(hù)方式。當(dāng)開采中出現(xiàn)了煤壁片幫現(xiàn)象時(shí)，極易給開采工作面造成較大的影響，故而要對(duì)煤壁片幫開展有效地防治，避免其對(duì)工作面產(chǎn)生不利的影響。這就需要在進(jìn)行液壓支架的選擇時(shí)多加注意，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選用那些端面較小且支護(hù)強(qiáng)的，合理配備防片幫的相關(guān)設(shè)施。在實(shí)際生產(chǎn)中超前支護(hù)必須及時(shí)完成，這樣可有效避免工作時(shí)出現(xiàn)煤壁片幫的現(xiàn)象。同時(shí)要最大限度地減小煤壁的暴露時(shí)間，對(duì)煤體也可進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸烫幚恚瑥母瓷献钄嗝罕谄瑤同F(xiàn)象的發(fā)生。

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作者簡(jiǎn)介：趙建平，男，山西平遙人，太原煤炭氣化（集團(tuán)）公司生產(chǎn)技術(shù)管理部工程師，研究方向：煤礦生產(chǎn)技術(shù)管理。endprint