煤礦井下巷道頂板支護分析

摘要：頂板支護工作的安全性直接關系到1礦井下巷道掘進工作能否安全進展弓本文介紹了礦井下巷道掘進頂板支護相關問題及原因分析，并對頂板支護分類進行了探討，著重對礦井下巷道掘進頂板支護的有效控制措施進行闡述，促進巷道掘進工作質量的提升。

關鍵詞：礦井；巷道掘進；頂板支護；

1.引言

礦井下巷道掘進工程風險性較大，作為一個整體系統(tǒng)，任何一處存在問題都將會導致掘進質量下降，甚至造成巷道坍塌事故。因此掘進工作中，工作人員既要選用施工工藝來確保掘進速度，還要科學、合理的防范相關風險，特別是做好巷道內的頂板支護工作，確保掘進工作的安全性與可靠性。

2.礦井下巷道掘進頂板支護問題及原因分析

2.1礦并下巷道掘進頂板支護常見問題

圍巖自身穩(wěn)定性較差。礦區(qū)地質條件復雜，一方面遇到自身性質不穩(wěn)定圍巖就會給巷道支護帶來較大困難。另一方面如果在掘進施工過程中圍巖發(fā)生較大變形，也會對巷道造成嚴重破壞，即使經過多次返修后也達不到預期效果。

后期掘進中圍巖變形或是遭到破壞造成支護難度大。礦層中會存在大量積水，而圍巖巖體遇到水就會產生較大膨脹力，再加上圍巖會受到上部以及兩側擠壓力作用，一旦發(fā)生圍巖變形或是出現(xiàn)塌落現(xiàn)象時，將會給巷道支護帶來嚴重困難。再有受到地質條件影響，巷道施工時會從頂板裂縫中偶爾出現(xiàn)石塊脫落現(xiàn)象，這都會造成頂板裂縫增多或是裂縫開大，甚至出現(xiàn)圍巖離層現(xiàn)象，造成冒頂事故給頂板支護帶來較大挑戰(zhàn)。

2.2影響掘進頂板支護的因素分析

礦區(qū)地質構造復雜。礦井下巷道施工時，影響巷道頂板支護的因素較多，遇到地質條件以及基礎條件較好地段，掘進速度較快。而對于一些地質構造復雜地段，不僅會影響掘進速度，還會易造成頂板斷裂發(fā)生坍塌事故，對于褶曲斷層地質構造中的較厚礦層穩(wěn)定性較差，也會對掘進質量帶來較大影響。

施工工藝的影響。與傳統(tǒng)支護方式、施工方法相比較，大幅度提升了掘進速度和施工質量，但在施工過程中還存在裝藥量、炮眼位置誤差過大問題，這將會對錨噴支護帶來不利條件。礦井下巷道施工時部分巷道布置較密集，其中一條巷道開掘產生的震動和應力變化，都會對巖體整體地應力平衡產生影響，如果兩個或多個巷道掘進工作面同時施工，相互之間地應力影響就更大，給頂板支護帶來極大困難。

3礦井下巷道掘進頂板支護分類

3.1可縮性支架支護

可縮性支架是礦井下巷道掘進頂板支護中常見類型，具有雙向可縮、荷載能力較強的優(yōu)點。一般用在川類、IV類面積小于8㎡面積巷道中。其荷載能力分為極限承載能力和實際承載能力兩種，極限承載能力指的是可伸縮支架在其剛性過程中所呈現(xiàn)出的最大承載能力，決定了巷道支架是否發(fā)生塑性變形。實際承載能力是指收縮過程中所呈現(xiàn)處的承載能力，決定了巷道支架以及連接部件的承載力。

3.2礦用型鋼支護

目前，礦井所用支護型鋼主要有工字鋼和槽鋼兩種，這種鋼材具有抗壓、抗拉、抗剪性能強的特點，在礦井下巷道支護中應用較為廣泛。礦井巷道掘進時工作環(huán)境較惡略，對礦用支護型鋼性能提出了更高要求。礦井下巷道掘進中，需要對產生的橫向、豎向載荷推動力進行支護，在橫向、縱向方向上都要具備較強的負荷承載能力。

3.3預留礦柱支護

利用預留礦柱進行支護是傳統(tǒng)巷道頂板支護技術，通常在巷道上區(qū)段、下區(qū)段中應用較多。具有操作簡便、支護強度高的優(yōu)勢，巷道通風以及排水能力也得到明顯增強，但預留礦柱技術應用成本較高。

4礦井下巷道掘進頂板支護有效控制措施

4.1制定合理的支護計劃和支護方案，做好準備工作

在礦井掘進施工中由于工期緊、任務重等原因，易造成現(xiàn)場混亂現(xiàn)象。因此在施工前要做好規(guī)劃，包括材料放置位置、施工進度、作業(yè)方案、關鍵作業(yè)點、注意事項等。做好施工前的充足準備，施工中才會有條不紊的進行。一方面，根據(jù)礦井地質勘測資料、地質構造以及巷道周邊力學性質等實際情況，科學的選擇與之相適應的支護方式，并對風險性較大的冒頂、掘進工作面巷道開口等工作進行重點關注，制定相應安全技術方案與組織措施。另一方面應優(yōu)化巷道掘進施工設計，明確所需備用材料數(shù)量、尺寸等基本情況，嚴格按照掘進作業(yè)規(guī)程進行操作，杜絕麻痹大意心理。

4.2加強支架支護與周邊圍巖協(xié)同配合力度

礦井下巷道掘進過程中風險很大，特別是在初掘時，極易發(fā)生巷道變形和位移。因此，支護方式應采用初具柔性后具剛性的支護結構，可以有效控制巷道變形與位移問題，也有利于保持巷道空間整體完整性，降低后期維護量和維護費用。鑒于此，應加強支架支護強度與圍巖釋壓、讓壓的協(xié)同配合力度，促進巷道整體支護體強度提升，控制圍巖在一定量范圍內進行圍巖變形釋壓，強化頂板支護強度。

4.3改進掘進工藝、促進設備更新?lián)Q代

現(xiàn)在很多礦井還在采用傳統(tǒng)掘進工藝，采掘效率低且工作強度大，改進巷道掘進施工技術有利于提高單井產量。首先針對地質構造以及基礎條件較好的巷道采用巷道綜合機械化掘進施工技術，此技術具有整機結構緊湊、中心位置較低、破巖能力強的優(yōu)點。主要包括懸臂式掘進機、單體錨桿鉆機以及供電設備等設備設施組成，采用液壓馬達直接驅動裝載機構，生產效率高，適應范圍廣，且液壓系統(tǒng)安裝了自動加油裝置，降低了故障率。采用PLC編程技術作為電氣系統(tǒng)的主要控制技術，可以自助檢測故障并顯示故障代碼，節(jié)約了查找故障點時間。其次，大斷面礦層可采用連續(xù)采礦機掘進施工技術，主要應用于多巷快速礦井掘進、矩形斷面雙巷掘進施工中。采用連續(xù)采礦機開掘運輸巷道過程中，可以利用錨桿鉆車在回風巷道中同時進行錨桿支護作業(yè)，具有兩者可以連續(xù)交叉作業(yè)的優(yōu)點，節(jié)約了施工工期。再次，應促進掘進施工設備的更新?lián)Q代，巷道掘進施工中應推廣使用錨索、錨網等可縮性支架進行支護；小斷面巷道掘進中推廣使用鑿巖臺車，基本實現(xiàn)了鉆孔、開孔、換釬、返釬、定位等操作的自動化；大斷面巷道掘進中可推廣使用綜掘機、TBM掘進機、盾構機等先進設備；對老舊設備進行更新?lián)Q代，可以大幅度提高掘進速度和施工質量，從而提高生產效率。最后，巷道支護技術必須結合實際情況與未來發(fā)展趨勢綜合考量，普及新技術和新設備的使用。

結語

總的來說，礦區(qū)安全生產關系到每一位施工者的人身安全，也關系到每一個職工家庭幸福，責任重大。礦井掘進頂板支護工作需要嚴謹對待，科學施工，有利于提高采礦效率和質量，確保井下作業(yè)安全。

作者簡介：

王漢國，男，1985年6月出生，工程師，2009年畢業(yè)于黑龍江科技學院采礦工程專業(yè)， 現(xiàn)工作于七臺河市煤炭生產安全監(jiān)督管理局，主要從事采礦技術及管理工作。