煤礦開(kāi)掘工作面臨時(shí)支護(hù)工藝優(yōu)化的探討

王帥凱

摘 要：現(xiàn)如今，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)在迅猛發(fā)展，社會(huì)在不斷進(jìn)步，針對(duì)目前煤礦巷道支護(hù)存在操作不規(guī)范、效率差的問(wèn)題，對(duì)煤礦掘進(jìn)工作面的支護(hù)技術(shù)進(jìn)行了研究。基于目前煤礦廣泛應(yīng)用的錨桿支護(hù)技術(shù)，對(duì)其工作機(jī)理進(jìn)行了分析，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)以及相關(guān)生產(chǎn)規(guī)范，對(duì)錨桿支護(hù)的設(shè)計(jì)方案、施工工藝、注意事項(xiàng)以及安全監(jiān)測(cè)技術(shù)方案進(jìn)行了系統(tǒng)的分析總結(jié)。應(yīng)用實(shí)踐表明，該方案可實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦生產(chǎn)中巷道支護(hù)的規(guī)范指導(dǎo)，且具有操作效率高、詳細(xì)全面等優(yōu)勢(shì)，能夠有效保障煤礦巷道支護(hù)的安全可靠。

關(guān)鍵詞：煤礦煤層;運(yùn)輸巷道;支護(hù)技術(shù)

引言

目前國(guó)內(nèi)主要的礦山生產(chǎn)基地都大量采購(gòu)機(jī)械化采掘設(shè)備和支護(hù)設(shè)備，其中負(fù)責(zé)進(jìn)行巷道掘進(jìn)的設(shè)備有綜合掘進(jìn)機(jī)、連續(xù)采煤機(jī)和掘錨機(jī)3種，但僅依靠采掘設(shè)備無(wú)法最大限度的提高巷道的開(kāi)采速度和掘進(jìn)效率，巷道成巷中最重要的一點(diǎn)是必須完成巷道的錨桿支護(hù)。因此巷道支護(hù)技術(shù)作為煤炭安全高效開(kāi)采的重要保障，在巷道的成巷方面也發(fā)揮著重要作用，其中尤以錨桿支護(hù)為主。錨桿支護(hù)顯著提高了巷道支護(hù)效果，降低了巷道支護(hù)成本，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。因此在高產(chǎn)高效礦井建設(shè)中，首先需要實(shí)現(xiàn)采掘設(shè)備的機(jī)械化，但缺少錨桿支護(hù)設(shè)備的機(jī)械化也無(wú)法實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效礦井的建設(shè)。錨桿支護(hù)設(shè)備的機(jī)械化主要是實(shí)現(xiàn)錨桿支護(hù)過(guò)程中鉆孔、攪拌和緊錨桿工序的機(jī)械化操作，錨桿支護(hù)設(shè)備的機(jī)械化程度影響巷道的錨桿施工質(zhì)量和施工速度。近年來(lái)，針對(duì)不同的掘進(jìn)方式陸續(xù)開(kāi)發(fā)出規(guī)格和種類(lèi)不同的錨桿支護(hù)設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)在不同掘進(jìn)方式下的快速掘進(jìn)。

1機(jī)械設(shè)備選型

煤巷掘進(jìn)施工中涉及到的機(jī)械設(shè)備主要有掘進(jìn)機(jī)、錨桿鉆機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、刮板輸送機(jī)等。（1）掘進(jìn)機(jī)。隨著我國(guó)煤炭開(kāi)采技術(shù)的日益提升，各類(lèi)掘進(jìn)機(jī)也被大量研發(fā)和應(yīng)用。目前，常用的煤巷掘進(jìn)機(jī)為懸臂式掘進(jìn)機(jī)。懸臂式掘進(jìn)機(jī)雖然種類(lèi)齊全，但仍存在機(jī)械化程度低、性能差等缺點(diǎn)。因此，提高掘進(jìn)機(jī)的自動(dòng)化作業(yè)程度，采用人工智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)的自動(dòng)切割和識(shí)別，提高掘進(jìn)機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定性和掘進(jìn)刀頭的使用壽命，對(duì)于提高巷道的掘進(jìn)速度起著十分關(guān)鍵的作用。（2）錨桿鉆機(jī)。掘進(jìn)工序完成后，為保證掘進(jìn)工作面的頂板安全，控制圍巖變形，需利用錨桿鉆機(jī)進(jìn)行錨網(wǎng)等支護(hù)作業(yè)。在有作業(yè)條件的掘進(jìn)工作面普遍采用錨桿鉆車(chē)進(jìn)行支護(hù)作業(yè)，錨桿鉆車(chē)代替單體鉆桿鉆機(jī)，提高了機(jī)械化程度和作業(yè)效率，但其對(duì)施工空間的要求較高，使用受限較大。（3）運(yùn)輸設(shè)備。輔助運(yùn)輸設(shè)備可將截割下來(lái)的煤巖等運(yùn)出作業(yè)空間，保證作業(yè)環(huán)節(jié)不受影響，其運(yùn)輸效率也直接制約著巷道的掘進(jìn)速度。巷道掘進(jìn)中的運(yùn)輸設(shè)備包括橋式轉(zhuǎn)載機(jī)、刮板輸送機(jī)、可伸縮膠帶輸送機(jī)、礦車(chē)等。可將以上幾種運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行組合形成巷道掘進(jìn)工作面運(yùn)輸系統(tǒng)，運(yùn)輸設(shè)備的選型和配套需根據(jù)掘進(jìn)工作面的實(shí)際作業(yè)條件，進(jìn)行驗(yàn)算和設(shè)計(jì)后進(jìn)行選取，達(dá)到最優(yōu)的運(yùn)輸效率。另外，需加強(qiáng)對(duì)運(yùn)輸設(shè)備的日常維護(hù)和檢修，保證運(yùn)輸設(shè)備工作的可靠性。

2煤礦開(kāi)掘工作面臨時(shí)支護(hù)工藝優(yōu)化的探討

2.1錨桿支護(hù)施工過(guò)程

在錨桿支護(hù)施工過(guò)程中，首先根據(jù)施工設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工機(jī)具、人員配備以及施工工序安排，待掘進(jìn)以及臨時(shí)支護(hù)完成后，嚴(yán)格按照安全規(guī)范進(jìn)行敲幫問(wèn)頂，然后在掘進(jìn)巷道圍巖上進(jìn)行鉆孔，并按照設(shè)計(jì)方案確定鉆孔位置、鉆孔角度、鉆孔深度，確保鉆孔質(zhì)量，鉆孔完成后再完成錨桿的安裝。錨桿安裝首先要裝填樹(shù)脂錨固劑，然后再裝入錨桿桿體，利用錨桿鉆機(jī)帶動(dòng)桿體旋轉(zhuǎn)攪拌錨固劑到規(guī)定時(shí)間后等待固化，最后套上托板及螺母，擰緊螺母施加預(yù)緊力，完成錨桿的安裝工作。

2.2巷道頂板鉆孔窺視及結(jié)果

為分析運(yùn)輸巷道頂板不同距離位置圍巖的變化情況，在監(jiān)測(cè)站1附近頂板位置進(jìn)行鉆孔，鉆孔直徑為30mm，鉆孔深度為5m。利用專(zhuān)業(yè)的鉆孔窺視儀可以對(duì)孔壁的具體情況進(jìn)行觀(guān)察。可以查看孔壁是否存在離層、破裂等問(wèn)題，進(jìn)而驗(yàn)證巷道支護(hù)技術(shù)工藝方案的有效性。結(jié)果表明：與巷道頂板距離在0.1～0.2m范圍內(nèi)，圍巖出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的破碎現(xiàn)象，主要是因?yàn)榫嚯x頂板太近，圍巖表面在變形過(guò)程中將附近的巖石擠碎。與頂板距離在0.2～3.5m范圍內(nèi)的圍巖，整體上比較完整，只有部分區(qū)域出現(xiàn)了破碎的現(xiàn)象。與頂板距離在3.5～5m范圍內(nèi)的圍巖，基本上未發(fā)現(xiàn)有破碎的問(wèn)題，整體上非常完整。由巷道頂板鉆孔窺視結(jié)果可以看出，除與巷道頂板距離較近的部分出現(xiàn)破碎問(wèn)題外，其他位置的巷道圍巖整體上比較完整，沒(méi)有發(fā)生明顯的破碎。表明在巷道支護(hù)的作用下圍巖穩(wěn)定性有了顯著提升。

2.3施工工藝

煤巷掘進(jìn)過(guò)程中的作業(yè)流程包括割煤、裝煤、支護(hù)、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)。支護(hù)是巷道掘進(jìn)作業(yè)中較為繁瑣的一項(xiàng)工序，不同的施工工藝掘進(jìn)速度也有明顯差異。我國(guó)煤巷掘進(jìn)常用的施工作業(yè)線(xiàn)如圖2所示。該施工作業(yè)線(xiàn)機(jī)械化程度高、適應(yīng)性強(qiáng)、靈活性好，可實(shí)現(xiàn)煤巖的連續(xù)截割和運(yùn)輸，但是該作業(yè)線(xiàn)的缺點(diǎn)在于無(wú)法實(shí)現(xiàn)掘、支平行作業(yè)，掘進(jìn)速度受支護(hù)作業(yè)影響程度大。另外，煤巷掘進(jìn)施工還有掘錨一體機(jī)組、橋式傳送機(jī)、轉(zhuǎn)載破碎機(jī)、帶式運(yùn)輸機(jī)組成的生產(chǎn)工藝流程，不同的工藝流程有不同的特點(diǎn)和適應(yīng)條件，應(yīng)根據(jù)工作面實(shí)際情況進(jìn)行選擇設(shè)計(jì)。

2.4配套掘錨機(jī)的錨桿支護(hù)設(shè)備

掘錨機(jī)組是高產(chǎn)高效礦井煤巷單巷快速掘進(jìn)的掘錨一體化設(shè)備，是在連續(xù)采煤機(jī)和懸臂式掘進(jìn)機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展的一種新型掘進(jìn)機(jī)型，掘錨機(jī)組將截割滾筒和錨桿支護(hù)鉆機(jī)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，減少由于掘進(jìn)設(shè)備和支護(hù)設(shè)備間的設(shè)備調(diào)動(dòng)造成的換位作業(yè)時(shí)間浪費(fèi)，在一種設(shè)備上既可進(jìn)行巷道掘進(jìn)同時(shí)又能夠完成錨桿支護(hù)。伴隨著國(guó)家對(duì)于煤礦企業(yè)的兼并重組，產(chǎn)業(yè)集中度要求進(jìn)一步提高，煤炭企業(yè)需進(jìn)一步提高巷道的掘進(jìn)速度。但是掘錨機(jī)組的支護(hù)能力有限，如果巷道中所有的錨桿支護(hù)都由掘錨機(jī)組完成勢(shì)必影響掘進(jìn)工作面的掘進(jìn)速度，因此在整套快速掘進(jìn)系統(tǒng)中需要配套一種新型的錨桿支護(hù)設(shè)備，主要負(fù)責(zé)進(jìn)行錨桿支護(hù)、物料的轉(zhuǎn)載破碎及轉(zhuǎn)載運(yùn)輸膠帶的牽引。該系統(tǒng)是針對(duì)普通地質(zhì)條件開(kāi)發(fā)的新型的快速掘進(jìn)系統(tǒng)，其適應(yīng)的巷道一般為空頂距為5～6m的普通巷道，但是其巷道的開(kāi)采面較大，掘錨機(jī)截割頭的長(zhǎng)度一般為6m，因此其在巷道開(kāi)采過(guò)程中消耗時(shí)間較短，巷道成形速度快，能夠大大提高巷道的掘進(jìn)速度。但掘錨機(jī)的采高要求一般為4～4.5m，此時(shí)掘錨機(jī)才能發(fā)揮其快速掘進(jìn)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)巷道快速掘進(jìn)，提高巷道的成巷速度縮短巷道的成巷時(shí)間。該系統(tǒng)一般應(yīng)用于中厚煤層和厚煤層的巷道中，具有一定的局限性，但其掘進(jìn)速度和巷道空頂距能夠很好的匹配，發(fā)揮整套系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。

結(jié)語(yǔ)

針對(duì)巷道支護(hù)存在工作效率低以及規(guī)范性差的問(wèn)題，對(duì)巷道支護(hù)技術(shù)方案進(jìn)行了研究。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，對(duì)錨桿支護(hù)的工作原理進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上，總結(jié)設(shè)計(jì)了一套針對(duì)掘進(jìn)工作面的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)方案。該方案具有規(guī)范全面、安全可靠的優(yōu)勢(shì)，可大大提高巷道支護(hù)規(guī)范化水平，保障生產(chǎn)安全，同時(shí)減少工作量，提高煤礦生產(chǎn)效率。與傳統(tǒng)監(jiān)管模式相比，煤礦采掘機(jī)械設(shè)備電氣自動(dòng)化監(jiān)管的優(yōu)勢(shì)在于：第一，這種監(jiān)管方法可快速獲得采煤機(jī)的真實(shí)運(yùn)行參數(shù)，而無(wú)需浪費(fèi)較多人力、物力資源;第二，這種監(jiān)管方法實(shí)施便捷，且有助于保障采煤作業(yè)的安全性。因此，廣泛推廣這種技術(shù)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

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