煤礦開掘工作面臨時支護工藝優化的探討

王帥凱

摘 要：現如今，我國的經濟在迅猛發展，社會在不斷進步，針對目前煤礦巷道支護存在操作不規范、效率差的問題，對煤礦掘進工作面的支護技術進行了研究。基于目前煤礦廣泛應用的錨桿支護技術，對其工作機理進行了分析，結合實際工作經驗以及相關生產規范，對錨桿支護的設計方案、施工工藝、注意事項以及安全監測技術方案進行了系統的分析總結。應用實踐表明，該方案可實現對煤礦生產中巷道支護的規范指導，且具有操作效率高、詳細全面等優勢，能夠有效保障煤礦巷道支護的安全可靠。

關鍵詞：煤礦煤層;運輸巷道;支護技術

引言

目前國內主要的礦山生產基地都大量采購機械化采掘設備和支護設備，其中負責進行巷道掘進的設備有綜合掘進機、連續采煤機和掘錨機3種，但僅依靠采掘設備無法最大限度的提高巷道的開采速度和掘進效率，巷道成巷中最重要的一點是必須完成巷道的錨桿支護。因此巷道支護技術作為煤炭安全高效開采的重要保障，在巷道的成巷方面也發揮著重要作用，其中尤以錨桿支護為主。錨桿支護顯著提高了巷道支護效果，降低了巷道支護成本，減輕了工人勞動強度。因此在高產高效礦井建設中，首先需要實現采掘設備的機械化，但缺少錨桿支護設備的機械化也無法實現高產高效礦井的建設。錨桿支護設備的機械化主要是實現錨桿支護過程中鉆孔、攪拌和緊錨桿工序的機械化操作，錨桿支護設備的機械化程度影響巷道的錨桿施工質量和施工速度。近年來，針對不同的掘進方式陸續開發出規格和種類不同的錨桿支護設備，以實現在不同掘進方式下的快速掘進。

1機械設備選型

煤巷掘進施工中涉及到的機械設備主要有掘進機、錨桿鉆機、轉載機、刮板輸送機等。（1）掘進機。隨著我國煤炭開采技術的日益提升，各類掘進機也被大量研發和應用。目前，常用的煤巷掘進機為懸臂式掘進機。懸臂式掘進機雖然種類齊全，但仍存在機械化程度低、性能差等缺點。因此，提高掘進機的自動化作業程度，采用人工智能控制技術實現掘進機的自動切割和識別，提高掘進機械設備的穩定性和掘進刀頭的使用壽命，對于提高巷道的掘進速度起著十分關鍵的作用。（2）錨桿鉆機。掘進工序完成后，為保證掘進工作面的頂板安全，控制圍巖變形，需利用錨桿鉆機進行錨網等支護作業。在有作業條件的掘進工作面普遍采用錨桿鉆車進行支護作業，錨桿鉆車代替單體鉆桿鉆機，提高了機械化程度和作業效率，但其對施工空間的要求較高，使用受限較大。（3）運輸設備。輔助運輸設備可將截割下來的煤巖等運出作業空間，保證作業環節不受影響，其運輸效率也直接制約著巷道的掘進速度。巷道掘進中的運輸設備包括橋式轉載機、刮板輸送機、可伸縮膠帶輸送機、礦車等。可將以上幾種運輸設備進行組合形成巷道掘進工作面運輸系統，運輸設備的選型和配套需根據掘進工作面的實際作業條件，進行驗算和設計后進行選取，達到最優的運輸效率。另外，需加強對運輸設備的日常維護和檢修，保證運輸設備工作的可靠性。

2煤礦開掘工作面臨時支護工藝優化的探討

2.1錨桿支護施工過程

在錨桿支護施工過程中，首先根據施工設計方案進行施工機具、人員配備以及施工工序安排，待掘進以及臨時支護完成后，嚴格按照安全規范進行敲幫問頂，然后在掘進巷道圍巖上進行鉆孔，并按照設計方案確定鉆孔位置、鉆孔角度、鉆孔深度，確保鉆孔質量，鉆孔完成后再完成錨桿的安裝。錨桿安裝首先要裝填樹脂錨固劑，然后再裝入錨桿桿體，利用錨桿鉆機帶動桿體旋轉攪拌錨固劑到規定時間后等待固化，最后套上托板及螺母，擰緊螺母施加預緊力，完成錨桿的安裝工作。

2.2巷道頂板鉆孔窺視及結果

為分析運輸巷道頂板不同距離位置圍巖的變化情況，在監測站1附近頂板位置進行鉆孔，鉆孔直徑為30mm，鉆孔深度為5m。利用專業的鉆孔窺視儀可以對孔壁的具體情況進行觀察。可以查看孔壁是否存在離層、破裂等問題，進而驗證巷道支護技術工藝方案的有效性。結果表明：與巷道頂板距離在0.1～0.2m范圍內，圍巖出現了比較嚴重的破碎現象，主要是因為距離頂板太近，圍巖表面在變形過程中將附近的巖石擠碎。與頂板距離在0.2～3.5m范圍內的圍巖，整體上比較完整，只有部分區域出現了破碎的現象。與頂板距離在3.5～5m范圍內的圍巖，基本上未發現有破碎的問題，整體上非常完整。由巷道頂板鉆孔窺視結果可以看出，除與巷道頂板距離較近的部分出現破碎問題外，其他位置的巷道圍巖整體上比較完整，沒有發生明顯的破碎。表明在巷道支護的作用下圍巖穩定性有了顯著提升。

2.3施工工藝

煤巷掘進過程中的作業流程包括割煤、裝煤、支護、運輸等環節。支護是巷道掘進作業中較為繁瑣的一項工序，不同的施工工藝掘進速度也有明顯差異。我國煤巷掘進常用的施工作業線如圖2所示。該施工作業線機械化程度高、適應性強、靈活性好，可實現煤巖的連續截割和運輸，但是該作業線的缺點在于無法實現掘、支平行作業，掘進速度受支護作業影響程度大。另外，煤巷掘進施工還有掘錨一體機組、橋式傳送機、轉載破碎機、帶式運輸機組成的生產工藝流程，不同的工藝流程有不同的特點和適應條件，應根據工作面實際情況進行選擇設計。

2.4配套掘錨機的錨桿支護設備

掘錨機組是高產高效礦井煤巷單巷快速掘進的掘錨一體化設備，是在連續采煤機和懸臂式掘進機的基礎上發展的一種新型掘進機型，掘錨機組將截割滾筒和錨桿支護鉆機有機的結合起來，減少由于掘進設備和支護設備間的設備調動造成的換位作業時間浪費，在一種設備上既可進行巷道掘進同時又能夠完成錨桿支護。伴隨著國家對于煤礦企業的兼并重組，產業集中度要求進一步提高，煤炭企業需進一步提高巷道的掘進速度。但是掘錨機組的支護能力有限，如果巷道中所有的錨桿支護都由掘錨機組完成勢必影響掘進工作面的掘進速度，因此在整套快速掘進系統中需要配套一種新型的錨桿支護設備，主要負責進行錨桿支護、物料的轉載破碎及轉載運輸膠帶的牽引。該系統是針對普通地質條件開發的新型的快速掘進系統，其適應的巷道一般為空頂距為5～6m的普通巷道，但是其巷道的開采面較大，掘錨機截割頭的長度一般為6m，因此其在巷道開采過程中消耗時間較短，巷道成形速度快，能夠大大提高巷道的掘進速度。但掘錨機的采高要求一般為4～4.5m，此時掘錨機才能發揮其快速掘進的優勢，實現巷道快速掘進，提高巷道的成巷速度縮短巷道的成巷時間。該系統一般應用于中厚煤層和厚煤層的巷道中，具有一定的局限性，但其掘進速度和巷道空頂距能夠很好的匹配，發揮整套系統的優勢。

結語

針對巷道支護存在工作效率低以及規范性差的問題，對巷道支護技術方案進行了研究。結合生產實際情況，對錨桿支護的工作原理進行了分析，在此基礎上，總結設計了一套針對掘進工作面的錨桿支護設計、施工、監測方案。該方案具有規范全面、安全可靠的優勢，可大大提高巷道支護規范化水平，保障生產安全，同時減少工作量，提高煤礦生產效率。與傳統監管模式相比，煤礦采掘機械設備電氣自動化監管的優勢在于：第一，這種監管方法可快速獲得采煤機的真實運行參數，而無需浪費較多人力、物力資源;第二，這種監管方法實施便捷，且有助于保障采煤作業的安全性。因此，廣泛推廣這種技術具有一定的現實意義。

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