煤礦掘進(jìn)支護(hù)問(wèn)題及應(yīng)對(duì)方法分析

周博

摘 要：支護(hù)技術(shù)在煤礦巷道掘進(jìn)中起著關(guān)鍵性作用，文章首先介紹了煤礦巷道的當(dāng)前發(fā)展趨勢(shì)，以及支護(hù)技術(shù)的發(fā)展，然后闡述了兩種常用的方法，最后分析了煤礦支護(hù)成套技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：煤礦掘進(jìn)支護(hù)；錨桿支護(hù)

中圖分類號(hào)：TD236 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）11-0176-01

煤炭是我國(guó)的主要能源，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生活生產(chǎn)對(duì)煤炭的需求量大幅增長(zhǎng)。煤礦開采也就顯得尤為重要，國(guó)內(nèi)露天煤礦資源有限，且已基本開采完。地下開采成了當(dāng)前和以后的主流方向。煤礦形成區(qū)的地質(zhì)條件較差，礦井作業(yè)難度較大，在實(shí)際開采掘進(jìn)中常會(huì)有坍塌事故發(fā)生，影響開采量，而且對(duì)作業(yè)人員的生命安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。礦井開采需要挖掘巷道，為提高運(yùn)行效率和開采的安全性，必須做好掘進(jìn)支護(hù)工作，保證巷道的暢通穩(wěn)定，為作業(yè)人員提供一個(gè)良好安全的開采環(huán)境。

1 煤礦掘進(jìn)支護(hù)現(xiàn)狀

1.1 煤礦巷道

國(guó)內(nèi)80%的煤礦都位于地下，開采時(shí)需挖掘特定的通道，用以通風(fēng)排水、煤炭運(yùn)輸，即為巷道。而礦井條件較為惡劣，易發(fā)生巷道坍塌事故。為此，必須保證巷道的安全。隨著煤礦開采的深入，巷道布置呈現(xiàn)出新的發(fā)展方向：

①就層位來(lái)講，為加快掘進(jìn)速度、縮短工程周期，永久性巷道逐漸實(shí)現(xiàn)了巖巷到煤巷的過(guò)渡。尤其是放頂煤開采技術(shù)的發(fā)展普及，使回采巷道從以前的巖石頂板巷道向煤層頂板巷道方向邁進(jìn)；

②就回采巷道數(shù)量來(lái)講，由于礦井規(guī)模擴(kuò)大，大型礦井?dāng)?shù)量增加，為滿足其通風(fēng)和運(yùn)輸要求，單巷布置越來(lái)越少，多巷布置越來(lái)越多；

③就巷道斷面形狀來(lái)講，為充分利用斷面，并提高掘進(jìn)速度，傳統(tǒng)的拱形斷面逐漸減少，矩形斷面日益增加，在提高煤礦開采效率和質(zhì)量方面發(fā)揮著積極作用。而且巷道的斷面越來(lái)越大，大型采掘設(shè)備能夠?qū)⒆饔冒l(fā)揮到最大；

④就巷道賦存條件來(lái)講，巷道不斷向深處發(fā)展，使得地質(zhì)條件越來(lái)越復(fù)雜。

從以上發(fā)展趨勢(shì)可看出，巷道潛在的風(fēng)險(xiǎn)愈發(fā)突出，掘進(jìn)支護(hù)難度更大。這就要求必須對(duì)掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)加以改進(jìn)創(chuàng)新，適應(yīng)各種高難度礦井開采，維護(hù)巷道的穩(wěn)固。

1.2 煤礦巷道掘進(jìn)支護(hù)

巷道支護(hù)是地下煤礦安全開采的關(guān)鍵，在長(zhǎng)期發(fā)展中，支護(hù)技術(shù)不斷更新改進(jìn)，支護(hù)材料也由最初的木材、砌碹、型鋼演變至當(dāng)前的錨桿支護(hù)。國(guó)內(nèi)的錨桿支護(hù)技術(shù)開始于20世紀(jì)50年代，當(dāng)時(shí)以鋼絲繩砂漿錨桿、機(jī)械錨固錨桿、快硬水泥錨桿等為主，它們均屬于被動(dòng)支護(hù)，強(qiáng)度和硬度較低，若地質(zhì)較為簡(jiǎn)單，這些技術(shù)非常適用。可一旦地質(zhì)變得復(fù)雜，這些技術(shù)很難起到實(shí)際作用。經(jīng)不斷探索，并引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，高強(qiáng)度的錨桿支護(hù)漸漸流行，得到了廣泛應(yīng)用。隨著開采難度的加大，強(qiáng)力錨桿和高預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)技術(shù)被研發(fā)出來(lái)，實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)支護(hù)，更加注重完整的支護(hù)體系。

錨桿支護(hù)在當(dāng)前煤礦巷道中應(yīng)用最為廣泛，通過(guò)提高巖體強(qiáng)度和粘聚力，可有效解決巷道圍巖張裂、滑移的問(wèn)題。同時(shí)，在開采中還逐漸形成了“三高一低”的支護(hù)理念，對(duì)支護(hù)的剛度、強(qiáng)度、可靠性以及支護(hù)密度尤為重視，使得掘進(jìn)效率大幅提升。國(guó)內(nèi)多數(shù)煤礦都采用的是錨桿支護(hù)技術(shù)，并形成了一套系統(tǒng)化的錨桿支護(hù)成套技術(shù)，同時(shí)制定了相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和制度，以推動(dòng)該技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。

2 煤礦掘進(jìn)支護(hù)中的問(wèn)題及應(yīng)對(duì)方法

除了上面分析的因巷道改進(jìn)加大了支護(hù)難度，在煤礦掘進(jìn)支護(hù)中，還存在有一些問(wèn)題，如支護(hù)設(shè)備質(zhì)量缺陷，更新不及時(shí)，機(jī)械化程度較低等。所以在實(shí)際開采中，應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到支護(hù)的重大意義，并采取相應(yīng)的解決措施。

2.1 吊環(huán)式前探梁的應(yīng)用

臨時(shí)支護(hù)選擇3根吊掛前探支架，采用π型鋼材制作前探梁，長(zhǎng)度至少為3 m，并用吊環(huán)將其加以固定。在這3根支架中，沿巷道中線設(shè)置一根，在距中線前探梁約1m處布置兩側(cè)的前探梁。為保持前探梁的穩(wěn)定，每一根至少要設(shè)置兩個(gè)固定點(diǎn)。另外，前探梁與迎頭端面的距離應(yīng)控制在0.35 m以內(nèi)，并在梁上方使用專用的木楔、方木等；超前支護(hù)與兩幫端面的距離同樣應(yīng)控制在0.35 m以內(nèi)，且梁的強(qiáng)度應(yīng)和吊環(huán)相匹配。必須確保吊環(huán)都是牢固地安裝在錨桿上，錨桿有60 mm的絲扣，防止出現(xiàn)吊環(huán)松動(dòng)的現(xiàn)象。

2.2 吊鏈?zhǔn)角疤搅旱膽?yīng)用

同樣是選擇3根吊掛前探支架作為臨時(shí)支護(hù)，并選擇π型鋼作前探梁的制作材料，至少長(zhǎng)3 m，然后用吊鏈加以固定。該技術(shù)與上一技術(shù)類似，不同的是兩側(cè)前探梁可布置在離中線前探梁1.2 m處。架設(shè)前的準(zhǔn)備工作包括敲幫問(wèn)頂，將浮矸活石進(jìn)行徹底清理，而后節(jié)能型前探梁的搭設(shè)工作。另外，為降低安全隱患，開采工作和所有作業(yè)的實(shí)時(shí)都必須在有支護(hù)的環(huán)境中開展。

3 錨桿支護(hù)成套技術(shù)在煤礦掘進(jìn)中的實(shí)際應(yīng)用

該技術(shù)靈活型好、容易操作，設(shè)備裝置較少，加上其屬于主動(dòng)支護(hù)，在質(zhì)量上有良好的保證，可提高圍巖強(qiáng)度，保證巷道的暢通。此外，其還具有節(jié)約環(huán)保的功能，成本相對(duì)較低。值得推廣應(yīng)用。

3.1 錨桿支護(hù)的材料

選擇何種材料是錨桿支護(hù)發(fā)揮其作用的前提，材料優(yōu)劣與支護(hù)結(jié)果有關(guān)，傳統(tǒng)的支護(hù)材料強(qiáng)度較低，逐漸發(fā)展成為高強(qiáng)度以及高預(yù)應(yīng)力。在過(guò)去的煤礦作業(yè)中，經(jīng)常會(huì)使用普通的Q235圓鋼黏結(jié)式錨桿，當(dāng)前在少數(shù)礦區(qū)依舊有所應(yīng)用。然而，現(xiàn)代煤礦開采條件越來(lái)越復(fù)雜，以往的材料難以滿足新的要求，因此研制出許多新型材料的錨桿。如高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿支護(hù)系列材料。通過(guò)桿結(jié)構(gòu)與形式優(yōu)化，可使錨固效果有明顯的提升；開發(fā)錨桿專用鋼材，可達(dá)到高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度的級(jí)別。在預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)方面，目前已生產(chǎn)出專用于煤礦開采的大直徑、高噸位錨索，其直徑最大有22 mm，能夠拉斷重600 kN。

3.2 錨固與注漿聯(lián)合加固技術(shù)

在松散破碎的煤巖體中挖掘巷道，如果只采用錨桿支護(hù)技術(shù)，可能達(dá)不到理想效果。在新建或維修損壞的巷道時(shí)，僅使用錨桿支護(hù)技術(shù)同樣會(huì)影響到支護(hù)效果。因此，在實(shí)際工作時(shí)，應(yīng)與其他技術(shù)相結(jié)合，如注漿技術(shù)等。結(jié)合巷道特點(diǎn)，開發(fā)出不同形式的注漿錨桿，在破碎煤巖體中，還引進(jìn)研制出鉆錨注加固技術(shù)，解決了難成孔的破碎煤巖體加固難題。在小孔徑樹脂錨索的基礎(chǔ)上，研制出樹脂與注漿聯(lián)合錨固錨索。通過(guò)對(duì)注漿參數(shù)的控制，可起到加固的目的。水泥基材料是常用的主將材料，因圍巖條件復(fù)雜多樣，另外還有各種類型的化學(xué)加固材料，包括聚氨酯、脲醛樹脂等。

4 結(jié) 語(yǔ)

在經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)下，我國(guó)煤炭采礦事業(yè)取得了很大進(jìn)步，同時(shí)卻也愈來(lái)愈復(fù)雜化，如巷道掘進(jìn)深度更深等。巷道是地下采煤中的重要組成部分，直接關(guān)系著開采效率和作業(yè)人員的安全，為實(shí)現(xiàn)巷道的安全暢通無(wú)阻，有必要引進(jìn)先進(jìn)的支護(hù)技術(shù)來(lái)不斷完善。

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