煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)的分析

涂祺偉 楚衛(wèi)清

(江西豐龍礦業(yè)有限責(zé)任公司,江西豐城 331131)

煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)的分析

涂祺偉 楚衛(wèi)清

(江西豐龍礦業(yè)有限責(zé)任公司,江西豐城 331131)

煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板事故是煤礦事故里最具代表性的,它的發(fā)生機(jī)率在廣大煤礦事故里,超出了1/3以上。煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)的可靠性和速度、成本直接決定了煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。

煤礦 巷道 頂板支護(hù)

對(duì)于煤礦的井下巷道掘進(jìn)過(guò)程而言，只有對(duì)頂板進(jìn)行合理的管理，才可以保障安全生產(chǎn)工作的順利執(zhí)行。這是由于在煤礦井下巷道掘進(jìn)之后，重新分布生產(chǎn)應(yīng)力，此時(shí)，如果沒(méi)有盡快進(jìn)行支護(hù)，巷道的圍巖極其容易出現(xiàn)位移、變形或者損壞。對(duì)于煤礦企業(yè)而言，巷道掘進(jìn)工作作為非常繁瑣的系統(tǒng)工程，在這個(gè)過(guò)程里，不僅要對(duì)掘進(jìn)的速度和礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及掘進(jìn)設(shè)施和施工工藝進(jìn)行抉擇，對(duì)施工組織管理和職工總體素質(zhì)的提高給予重視，也要通過(guò)先進(jìn)的地質(zhì)探測(cè)技術(shù)和持續(xù)的掘進(jìn)設(shè)施進(jìn)行革新，提升巷道的掘進(jìn)速度，來(lái)確保巷道的迅速掘進(jìn)。

1 代表性的巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)形式

(1)通過(guò)礦用支護(hù)型鋼的支護(hù)方式。礦用支護(hù)型鋼通常包含U型鋼以及工字鋼等等，此類(lèi)鋼的特殊形狀以及力學(xué)機(jī)械性能，讓它們?cè)趫A形、半圓形甚至橢圓拱形的巷道里獲得了普遍的應(yīng)用，因?yàn)橄锏理敯逯ёo(hù)的需求承受了過(guò)大的動(dòng)載荷的沖擊以及疲勞磨損，所以礦用巷道支護(hù)鋼對(duì)韌性、抗拉能力、抗剪切能力、抗壓能力的要求非常高。并且，巷道在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中，因?yàn)榈V層地質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了變化，并且掘進(jìn)切面的改變令巷道在兩個(gè)方向上的位移很大，這就需要支護(hù)架自身具有非常良好的承載能力。礦用鋼的抗彎截面模量一定要達(dá)標(biāo)，并且考量到巷道支護(hù)總體滑移以及定位的需求，對(duì)于礦用鋼在鎖緊以及滑移的詳細(xì)性能參數(shù)方面也要進(jìn)行規(guī)定，頂板支護(hù)模塊相互間要確保有較大的接觸面積，并且要具備平整且受力均勻的接觸面。

(2)使用伸縮性能明顯的支架。金屬支架比其他材質(zhì)的支架更具備承載能力，而這樣的承載能力又大多表現(xiàn)在工作承載以及極限承載的能力方面，因?yàn)橄锏乐械木唧w構(gòu)造以及礦層地質(zhì)活動(dòng)，令巷道頂板支護(hù)里時(shí)常出現(xiàn)應(yīng)力集中的問(wèn)題，此時(shí)只要支護(hù)板件模塊的彈性出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)形成局部承載過(guò)大，甚至還會(huì)發(fā)生支護(hù)板件坍塌的問(wèn)題。所以，支護(hù)支架的伸縮性能優(yōu)良，就具備了較好的使用前景，透過(guò)支護(hù)支架的伸縮，能夠?qū)⒕植康貐^(qū)以及頂板支護(hù)總體應(yīng)變能力進(jìn)行吸收，在這個(gè)過(guò)程里，體現(xiàn)出來(lái)的承載能力就是支架實(shí)際的承載能力。通常來(lái)講，極限承載能力一旦超出實(shí)際承載能力，可是二者不可差別過(guò)大，就會(huì)對(duì)支架材質(zhì)形成較為嚴(yán)重的疲勞磨損風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)降低了支架的使用效率[1]。

(3)使用預(yù)設(shè)煤柱的頂板支護(hù)形式。在以往的采煤作業(yè)里，巷道自身一定要兼具以下三種能力：坑道支撐保護(hù)、人員行進(jìn)通道以及煤炭運(yùn)輸通道，并且還要包含礦區(qū)里的通風(fēng)及瓦斯收集管理，所以，在巷道頂板支護(hù)的鋪設(shè)中，通常會(huì)先埋設(shè)下有一定寬度的煤柱，讓巷道上方的運(yùn)輸層以及巷道下方的通風(fēng)層相互具有一定距離，以免二者直接產(chǎn)生應(yīng)力傳遞。這個(gè)技術(shù)的使用已經(jīng)具有較長(zhǎng)的歷史，它的作用更加體現(xiàn)在通風(fēng)及排水方面。

(4)通過(guò)錨桿支護(hù)的形式。這樣的形式作為最普遍的煤礦巷道頂板支護(hù)方法，透過(guò)錨桿支護(hù)能夠較大程度的確保巷道總體的承載能力，確保巷道總體安全，并且能夠更加快捷的設(shè)置運(yùn)輸巷道層。常見(jiàn)的錨桿支護(hù)需要使用錨桿體、加固凝劑、托板、鋼帶及保護(hù)網(wǎng)，將螺釘緊固，把錨桿承載壓力分?jǐn)傇跇?gòu)建體全身，從而擴(kuò)散到所有巖層，提高錨桿的承載力，由于托板的影響，可以讓巖層的變形最小，實(shí)現(xiàn)預(yù)防巖層破裂坍塌的作用。

2 煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)控制技術(shù)管理的措施

2.1 做好技術(shù)準(zhǔn)備,提高巷道頂板承載能力

將巷道掘進(jìn)施工之前的技術(shù)準(zhǔn)備工作做好。通過(guò)煤礦礦壓觀察材料、實(shí)際的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和巷道圍巖力學(xué)性質(zhì)等相關(guān)狀況，選取同煤礦井下巷道施工現(xiàn)場(chǎng)最相符的支護(hù)型式，并且對(duì)于重點(diǎn)施工位置，必須提前制定相關(guān)的安全技術(shù)方案。加強(qiáng)巷道掘進(jìn)施工設(shè)計(jì)，明確支設(shè)型式、臨時(shí)支護(hù)方式和材料數(shù)量以及尺寸等，嚴(yán)格進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)規(guī)程。

煤礦巷道掘進(jìn)施工時(shí)，必須保證開(kāi)掘巷道要最大限度的平整光滑，所以，選擇的爆破型式通常為光面爆破，并借助錨噴支護(hù)型式，進(jìn)而令圍巖的完整性以及穩(wěn)定性獲得保護(hù)，并讓煤巖層的松動(dòng)程度有所降低，加強(qiáng)頂板本身承受的負(fù)荷能力，讓支護(hù)體構(gòu)造同圍巖共同形成承載能力[2]。

2.2 加強(qiáng)支架強(qiáng)度和圍巖釋壓同讓壓的協(xié)調(diào)能力

煤礦井下巷道執(zhí)行初掘以后，很容易令巷道出現(xiàn)位移和變形，這就需要在對(duì)支護(hù)型式進(jìn)行選擇時(shí)，盡量選擇初具柔性后具鋼性的支護(hù)夠構(gòu)造，將巷道位移和變形問(wèn)題進(jìn)行緩和，并且還對(duì)巷道空間完整度十分有利，較大降低了返修量和返修次數(shù)。因此，只有強(qiáng)化支架強(qiáng)度和圍巖釋壓與讓壓之間的協(xié)調(diào)能力，提高巷道支護(hù)體的強(qiáng)度，并令圍巖在適宜的范疇里變形，提高頂板支護(hù)效果[3]。

2.3 強(qiáng)化對(duì)掘進(jìn)工藝以及設(shè)施的投放力度

使用先進(jìn)的巷道掘進(jìn)施工技術(shù)。面對(duì)地質(zhì)構(gòu)造同基礎(chǔ)條件相對(duì)較好的煤礦巷道施工來(lái)講，能夠選擇總機(jī)構(gòu)造緊湊、中心相對(duì)過(guò)低、機(jī)身過(guò)矮、破巖能力過(guò)大的巷道綜合機(jī)械化掘進(jìn)施工技術(shù)。此掘進(jìn)施工技術(shù)主要通過(guò)懸臂式掘進(jìn)機(jī)、單體錨桿鉆機(jī)和供電設(shè)施等結(jié)合而成，生產(chǎn)能力較強(qiáng)，且對(duì)各類(lèi)地質(zhì)環(huán)境都非常適應(yīng)。而對(duì)大斷面的煤層來(lái)講，可以選用連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)施工技術(shù)。在多巷快捷煤礦掘進(jìn)施工和矩形斷面雙巷掘進(jìn)施工里，此掘進(jìn)施工技術(shù)的應(yīng)用相對(duì)廣泛。

提高對(duì)掘進(jìn)施工設(shè)施的投入。盡可能使用錨索和錨網(wǎng)等可縮性支架進(jìn)行支護(hù)，并通過(guò)機(jī)械化方式操作。并且，在小斷面煤礦巷道的掘進(jìn)施工里，可以采用鑿巖臺(tái)車(chē)，讓鉆孔開(kāi)孔、換纖返纖、定位等可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。對(duì)于大斷面煤礦巷道掘進(jìn)施工來(lái)講，可以提高綜掘機(jī)、TBM掘進(jìn)機(jī)、盾構(gòu)機(jī)的使用，從而提高掘進(jìn)速度以及施工質(zhì)量，來(lái)進(jìn)行一次成巷。

3 結(jié)語(yǔ)

煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)是施工中一個(gè)主要內(nèi)容，如果可以正確及時(shí)支護(hù)，巷道掘進(jìn)工作才能夠順利進(jìn)行。因此，選擇相對(duì)合理的支護(hù)方式有著十分重要的意義。

[1]翟黨帥.井下巷道掘進(jìn)時(shí)的頂板管理研究[J].科技資訊,2012.(02).

[2]李國(guó)留.煤礦掘進(jìn)工作面頂板事故分析與防治[J].中外企業(yè)家,2012.(07).

[3]徐尤松,宛禮平.對(duì)軟巖礦井巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)的探索[A].中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)煤礦安全專(zhuān)業(yè)委員會(huì)2009年學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C],2009.