惠凡光 HUI Fan-guang
(兗礦能源集團(tuán)股份有限公司東灘煤礦,鄒城 273522)
當(dāng)今時(shí)代社會(huì)發(fā)展與自然資源利用關(guān)系更加密切,煤炭能源的需求量也在逐漸變大,很多煤炭企業(yè)在開(kāi)挖過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)安全性的問(wèn)題。煤炭能源的生產(chǎn)是一個(gè)系統(tǒng)化的建設(shè)流程,需要各類(lèi)工作在其中發(fā)揮重要作用,其中煤炭開(kāi)采工作作為一線工作內(nèi)容,為后續(xù)的煤炭加工研究提供原始材料,是很重要的工作內(nèi)容,但是這項(xiàng)工作在開(kāi)展過(guò)程中也會(huì)有一定的危險(xiǎn)性,對(duì)開(kāi)采工作人員的安全存在不利。為此,相關(guān)企業(yè)單位需要針對(duì)煤炭采礦工作的安全性進(jìn)行優(yōu)化升級(jí),借助施工技術(shù)的力量將開(kāi)采工作進(jìn)行安全性提升。為保證煤炭開(kāi)采的工作質(zhì)量,最為有效的方式是目前經(jīng)常實(shí)施的施工支護(hù)和掘進(jìn)工作,這兩種施工建設(shè)手段能夠有效保證煤炭開(kāi)采工作的質(zhì)量和效率,維護(hù)工作人員的人身安全。
某采礦區(qū)域的雨季一般在4月至11月期間,但是,4月到6月的降水量非常的大,暴雨的情況經(jīng)常出現(xiàn);12月至次年的3月,此區(qū)域的霧氣很大,與此同時(shí),還會(huì)出現(xiàn)降雪以及霜凍的情況。整個(gè)礦區(qū)的濕度一般在80%左右。
巷道掘進(jìn)是進(jìn)行巷道支護(hù)的前提,需要對(duì)巷道進(jìn)行一定的修飾完善才能進(jìn)行后續(xù)支護(hù)。目前在煤炭采礦工程建設(shè)中較為常用的巷道掘進(jìn)技術(shù)綜合使用的直眼掏槽和斜眼掏槽,在施工過(guò)程中會(huì)根據(jù)土層地質(zhì)的變化進(jìn)行方式的改變,比如說(shuō)在遇到軟巖夾層時(shí)就會(huì)運(yùn)用斜眼掏槽技術(shù)進(jìn)行掘進(jìn)。在進(jìn)行掘進(jìn)時(shí),需要相應(yīng)的設(shè)備作為支持進(jìn)行配合工作,從而確保工作效率以及工作質(zhì)量,結(jié)合機(jī)械設(shè)備的力量將掘進(jìn)工作進(jìn)行系統(tǒng)化推進(jìn),很大程度上可以提升煤炭采礦工作效率。
在巷道掘進(jìn)工作完成之后,就為支護(hù)技術(shù)的實(shí)施做好了鋪墊,可以結(jié)合周?chē)刭|(zhì)條件進(jìn)行支護(hù)工作。在支護(hù)技術(shù)實(shí)施過(guò)程中需要注意預(yù)留煤柱,將預(yù)留的煤柱作為中心,在巷道的上下區(qū)段內(nèi)進(jìn)行煤柱預(yù)留,很大程度上降低巷道的承壓力,可以保證煤炭采礦巷道行走安全;另外需要注意的就是以預(yù)留煤柱為中心進(jìn)行排水工作和通風(fēng)工作建設(shè),以降低煤炭采礦工作受天氣影響的程度。(圖1)

圖1 巷道支護(hù)圖
目前,我國(guó)最常用的基坑開(kāi)挖方法是綜合機(jī)械化開(kāi)挖和錨固開(kāi)挖。第一,在綜合掘進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中,系統(tǒng)組成較為復(fù)雜,需要應(yīng)用于鉆孔設(shè)備、掘進(jìn)設(shè)備、便攜式設(shè)備和通風(fēng)設(shè)備。這種隧道開(kāi)挖方法不受影響,否則很難順利進(jìn)行開(kāi)挖工作。一般來(lái)說(shuō),在隧道施工技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中,系統(tǒng)性能越好,隧道施工性能就會(huì)進(jìn)行提升。第二,錨桿綜合開(kāi)挖的優(yōu)點(diǎn)是可以有效節(jié)省開(kāi)挖時(shí)間,這是基于錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用和隧道公寓隧道支護(hù)的一體化。
通常,在煤礦施工過(guò)程中,為了保證路面的快速開(kāi)挖,往往需要不斷地進(jìn)行破煤、載煤等工作,所以使用隧道是最常見(jiàn)的。煤礦巷道掘進(jìn)機(jī)具有安全、高效、連續(xù)作業(yè)的優(yōu)點(diǎn),本實(shí)用新型專(zhuān)利技術(shù)借助運(yùn)輸設(shè)備,可實(shí)現(xiàn)高效、快速的連續(xù)作業(yè),顯著提高運(yùn)行速度。一般來(lái)說(shuō),煤礦巷道掘進(jìn)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作,為了保證隧道的安全,在隧道空間開(kāi)挖成功后,應(yīng)采取有效的支護(hù)措施。螺旋支護(hù)技術(shù)是目前煤礦巷道支護(hù)中最常用的支護(hù)技術(shù),該支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用有效提高了煤礦的開(kāi)采效益。例如,某煤礦采用不同支護(hù)方式時(shí),表1和表2給出了兩幫移近量和頂?shù)滓平勘怼?/p>

表1 不同支護(hù)方式兩幫移近量表

表2 不同支護(hù)方式下巷道頂?shù)滓平勘?/p>
煤炭采礦工程巷道掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)機(jī)械化程度較高,與傳統(tǒng)的支護(hù)技術(shù)相比,錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)十分明顯,一方面能夠有效提升煤炭采礦工程掘進(jìn)及支護(hù)的效率,另一方面也可在保證支護(hù)效果的基礎(chǔ)上,嚴(yán)格控制工程成本。同時(shí),該技術(shù)的科技含量較高,在煤炭采礦工程掘進(jìn)及支護(hù)技術(shù)中融入了多種其他的先進(jìn)技術(shù)。在時(shí)代快速進(jìn)步的今天,也需要大力推動(dòng)錨桿支護(hù)技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新,以滿足社會(huì)發(fā)展的基本需求。錨桿支護(hù)強(qiáng)度較高,可顯著提高錨桿支護(hù)作業(yè)的效率。
煤礦巷道掘進(jìn)常用技術(shù)主要有綜合機(jī)械掘進(jìn)、錨桿掘進(jìn)和綜合管道掘進(jìn)。這三種技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn),在特定應(yīng)用階段的應(yīng)用范圍也不盡相同。在機(jī)械掘進(jìn)的廣泛應(yīng)用過(guò)程中,為了達(dá)到掘進(jìn)的目的,就需要對(duì)一些設(shè)備進(jìn)行組合,它具有效率高、速度快的特點(diǎn),但應(yīng)用成本高,其技術(shù)性能容易受到機(jī)械設(shè)備質(zhì)量和性能的影響。在這種方法的應(yīng)用中,機(jī)械故障后可能無(wú)法成功應(yīng)用該技術(shù)。掘錨式法是基于懸臂式掘進(jìn)機(jī),全管道法的應(yīng)用成本低,但應(yīng)用進(jìn)度緩慢。一般來(lái)說(shuō),目前隧道開(kāi)挖的方法和輔助技術(shù)有很多,但不同的輔助技術(shù)的效果各有利弊。
巷道圍巖強(qiáng)度直接關(guān)系到巷道整體的穩(wěn)定性。為了進(jìn)一步保證巷道支護(hù)施工效果,支護(hù)人員需對(duì)巖層構(gòu)造、巖層厚度及圍巖易變形狀況進(jìn)行勘察,結(jié)合勘察結(jié)果選擇合理的掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)。同時(shí),圍巖強(qiáng)度還直接關(guān)系到頂板位移變化情況,這二者之間呈反比關(guān)系,即圍巖強(qiáng)度越大,頂板位移變化值就越小,此種狀況說(shuō)明頂板不易發(fā)生變形問(wèn)題,整體穩(wěn)定性良好。因此,支護(hù)人員在具體施工中,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)巷道圍巖強(qiáng)度的重視,以保證巷道支護(hù)質(zhì)量。
煤炭采礦工作一般都會(huì)在山區(qū)開(kāi)展,礦山的承壓力將會(huì)影響煤炭開(kāi)采工程是否順利開(kāi)展,當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)會(huì)出現(xiàn)巖體位移變動(dòng)、煤層變化,甚至是巖層斷裂坍塌。這樣的情況出現(xiàn)就會(huì)影響到整體施工建設(shè),會(huì)對(duì)工作人員產(chǎn)生生命財(cái)產(chǎn)上的損失。為此,在進(jìn)行開(kāi)采工程建設(shè)時(shí),需要對(duì)巷道掘進(jìn)和支護(hù)工作的工作面進(jìn)行保護(hù),確保采空區(qū)的承壓安全,保證采礦作業(yè)有足夠的安全性,較為常用的手段就是控制頂板巖層。
在巷道掘進(jìn)與支護(hù)施工中,支護(hù)人員應(yīng)采取措施對(duì)巷道圍巖應(yīng)力進(jìn)行改進(jìn),避免出現(xiàn)應(yīng)力高度集中的現(xiàn)象。因此,支護(hù)人員需考慮到巷道斷面的形狀,以此優(yōu)化圍巖應(yīng)力不均的問(wèn)題,保障支護(hù)施工安全。
在進(jìn)行巷道掘進(jìn)時(shí),周?chē)牡刭|(zhì)條件會(huì)對(duì)巷道建成強(qiáng)度產(chǎn)生一定的影響,很大程度上決定了巷道的穩(wěn)定度,圍巖強(qiáng)度更是決定性因素。為了保證巷道掘進(jìn)工作進(jìn)程以及巷道建成質(zhì)量,需要在前期工作準(zhǔn)備中對(duì)巷道周?chē)膸r石強(qiáng)度進(jìn)行研究考察。當(dāng)圍巖強(qiáng)度符合支護(hù)要求時(shí),就可以進(jìn)行錨桿支護(hù);而當(dāng)圍巖強(qiáng)度隨著錨桿支護(hù)作用力進(jìn)行正比變化時(shí),就可以進(jìn)一步增強(qiáng)巷道的安全性。巷道周?chē)h(huán)境土層中包含著圍巖,在進(jìn)行巷道建設(shè)時(shí),對(duì)圍巖強(qiáng)度考察的核心內(nèi)容就是對(duì)其荷載力進(jìn)行檢測(cè),確保其荷載能力能夠發(fā)揮足夠支撐作用,從而保證巷道掘進(jìn)的安全。
該支護(hù)技術(shù)的主要架構(gòu)組成就是三根懸掛的前伸支架,首先測(cè)量出礦井巷道的中軸線,并在中軸線設(shè)置一根支架,另外兩根支架設(shè)置在距離中間支架100cm處,同時(shí)為了保證支架的穩(wěn)固性,需對(duì)支架采取加固措施。在吊環(huán)式前探梁支護(hù)技術(shù)運(yùn)用過(guò)程中,前探梁需要采用吊環(huán)輔以固定,并采用11號(hào)礦用工字鋼材,以保證吊環(huán)的強(qiáng)度符合施工標(biāo)準(zhǔn)。在錨桿施工中需要設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)的絲扣,并將全部吊環(huán)安裝在絲扣上,此舉有利于提高煤炭采礦工程巷道掘進(jìn)支護(hù)的施工效果。
和吊環(huán)式前探梁支護(hù)技術(shù)結(jié)構(gòu)類(lèi)似,吊鏈?zhǔn)角疤搅褐ёo(hù)技術(shù)的主要架構(gòu)組成是三根吊鏈?zhǔn)降那疤搅海紫葴y(cè)量出巷道的中軸線,并在中軸線設(shè)置一根吊鏈?zhǔn)角疤搅海硗鈨筛蹑溤O(shè)置在距離中間吊鏈100cm處,同樣利用吊環(huán)對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行支護(hù)處理。另外,在實(shí)施吊鏈?zhǔn)角疤搅褐ёo(hù)技術(shù)時(shí),需在礦井中布置一些浮矸活石,利用這些浮矸活石的干擾性推動(dòng)前探梁向前移動(dòng)。同時(shí),在掘進(jìn)施工中一定要構(gòu)建臨時(shí)支架,保障掘進(jìn)施工的安全開(kāi)展,避免對(duì)施工人員安全構(gòu)成威脅。
6.3.1 錨桿支護(hù)
大量工程實(shí)踐表明,錨桿支護(hù)技術(shù)在煤炭采礦工程掘進(jìn)支護(hù)施工中得到了有效應(yīng)用。該技術(shù)所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益已被社會(huì)公眾認(rèn)可,其優(yōu)點(diǎn)具體體現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是投入成本低,二是施工過(guò)程中安全性較高。由于受到差異性性能、型號(hào)等因素的影響,錨桿支護(hù)技術(shù)在實(shí)際施工中所采用的支護(hù)形式具有多樣性特點(diǎn),使用頻率較高的就是復(fù)合玻璃鋼錨桿。玻璃鋼具有較高的強(qiáng)度性能,桿體尺寸一般不超過(guò)0.26cm,還可以將其應(yīng)用于鉆孔施工中。再加上玻璃鋼錨桿內(nèi)端頭通常以左旋麻花結(jié)構(gòu)為主,在支護(hù)施工完成后,可以保證錨桿和巖石層面的應(yīng)力處于一個(gè)相對(duì)平衡狀態(tài)。另外,施工人員在安裝錨桿時(shí)需要特別注意的一點(diǎn)是,在使用錨固劑對(duì)錨桿進(jìn)行加固支護(hù)時(shí),應(yīng)嚴(yán)格規(guī)劃好錨固劑的攪拌周期,保證錨固一次成功,避免二次修補(bǔ),從而減少維修費(fèi)用的投入。
6.3.2 錨索支護(hù)
在煤炭采礦工程中,錨索支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值主要體現(xiàn)在三個(gè)方面,具體如下:一是能將巖層表面的使用價(jià)值充分發(fā)揮出來(lái);二是能更好地保證巖層支護(hù)效果;三是能保證巖層結(jié)構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間處于穩(wěn)定的狀態(tài),減少巷道發(fā)生下沉與變形的可能性。在錨索支護(hù)施工的過(guò)程中,施工人員需要利用尺寸規(guī)格滿足施工要求的托盤(pán)工具,對(duì)錨索設(shè)備的性能使用狀況進(jìn)行整合,以保證錨索支護(hù)施工的效率和支護(hù)效果。
6.3.3 錨、網(wǎng)、噴支護(hù)
這是一種綜合性支護(hù)手段,具體來(lái)說(shuō)就是綜合考慮巷道的施工條件,選擇錨桿、錨索和錨網(wǎng)相結(jié)合的支護(hù)技術(shù),并在支護(hù)過(guò)程中對(duì)巷道進(jìn)行噴漿處理。目前這種綜合性支護(hù)手段在煤炭采礦工程中的應(yīng)用規(guī)模較大。該支護(hù)形式的安全系數(shù)較高,且能適應(yīng)地質(zhì)條件復(fù)雜的掘進(jìn)巷道,已經(jīng)在中大型煤炭采礦工程中得到了有效應(yīng)用。其弊端主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:一是施工工序復(fù)雜,可能耗費(fèi)的施工周期較長(zhǎng);二是投入成本較大,不適用于小型煤炭采礦工程支護(hù)施工中。因此,在選擇巷道掘進(jìn)支護(hù)方式時(shí),需遵循因地制宜的原則,有必要對(duì)礦區(qū)的地質(zhì)條件、圍巖強(qiáng)度等進(jìn)行勘察,并結(jié)合勘察結(jié)果選擇合理的支護(hù)形式,以實(shí)現(xiàn)煤炭采礦工程經(jīng)濟(jì)效益的最大化。
為了保證采礦作業(yè)不對(duì)周?chē)刭|(zhì)環(huán)境造成影響,在進(jìn)行采礦工程建設(shè)之前需要對(duì)地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行勘探研究。結(jié)合目前科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,需要對(duì)勘探技術(shù)進(jìn)行一定的優(yōu)化,借助系統(tǒng)性的勘探工作來(lái)發(fā)現(xiàn)地質(zhì)環(huán)境中不利于礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)的元素,及時(shí)有效的進(jìn)行處理解決,確保采礦作業(yè)的安全程度符合標(biāo)準(zhǔn)。在國(guó)際社會(huì)上,有關(guān)地質(zhì)結(jié)構(gòu)勘探的設(shè)備系統(tǒng)在不斷升級(jí),且我國(guó)的技術(shù)設(shè)備也在進(jìn)行完善推進(jìn),將更為貼合實(shí)際的技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行應(yīng)用實(shí)踐,確保地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)環(huán)境符合開(kāi)采建設(shè)需要。
在巷道掘進(jìn)施工過(guò)程中涉及的施工設(shè)備較多,為了保證工程質(zhì)量需要對(duì)各類(lèi)施工設(shè)備進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè),確保其使用性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。為了更好的確保設(shè)備質(zhì)量,采礦工程建設(shè)單位需要設(shè)立相關(guān)管理單位,對(duì)設(shè)備質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)一化管理,根據(jù)不同設(shè)備的施工質(zhì)量需要,對(duì)其進(jìn)行分類(lèi),將不同管理標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用到實(shí)際工作當(dāng)中,提高設(shè)備使用過(guò)程中的工作效率,確保工作質(zhì)量,更快更好的完成安全設(shè)施建設(shè),為煤炭采礦工程提供更多幫助。在設(shè)備使用時(shí)需要遵循設(shè)備使用步驟進(jìn)行工作,在不使用時(shí),也要按照規(guī)定要求進(jìn)行質(zhì)量養(yǎng)護(hù),避免人為因素造成設(shè)備質(zhì)量受損。
為了在煤炭采礦作業(yè)中發(fā)揮錨桿支護(hù)的作用,將支撐性能進(jìn)行全面發(fā)揮,需要在前期的巷道掘進(jìn)工作中選擇合適的錨桿支撐保護(hù)技術(shù),將配套的體系應(yīng)用到整體建設(shè)中去,各部分零件組成也要配套。相配套的支護(hù)體系進(jìn)行作用發(fā)揮就需要各組成部件的質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求,確保錨桿支護(hù)體系中的螺母質(zhì)量達(dá)標(biāo),并且其使用安裝精準(zhǔn)度符合錨桿支護(hù)要求。一般情況下,為了保證錨桿支護(hù)體系能夠承擔(dān)起整體采礦區(qū)的山體壓力,在進(jìn)行支護(hù)工程建設(shè)時(shí),會(huì)將普通螺母替換為專(zhuān)用螺母,以更為適配的體系來(lái)維護(hù)整體工程質(zhì)量。
在煤礦開(kāi)采巷道掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用中,最常見(jiàn)的就是支護(hù)的使用。科學(xué)合理地應(yīng)用該技術(shù),可以有效地保證施工安全,使結(jié)構(gòu)向更實(shí)用、更經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展。設(shè)計(jì)和施工的具體要求如下:
第一,在螺桿支撐技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中,支撐設(shè)計(jì)是不可替代的,如果這個(gè)環(huán)節(jié)做得不好,螺桿支撐技術(shù)可能無(wú)法發(fā)揮有效的作用。設(shè)計(jì)人員首先要對(duì)煤礦巷道施工進(jìn)行地形測(cè)量和分析,如掘進(jìn)過(guò)程中破碎面穩(wěn)定性是否高,哪些類(lèi)型的安全事故最容易發(fā)生,這些都可以通過(guò)支護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn),避免了這一問(wèn)題的發(fā)生,提高了路面的穩(wěn)定性。如果圍巖松動(dòng)圈相較于之前確定的尺寸出現(xiàn)了變化,相關(guān)人員要特別注意,因?yàn)檫@意味著路面結(jié)構(gòu)開(kāi)始放松,必須采取措施盡快解決,否則它可能會(huì)導(dǎo)致重大的安全事故。
第二,在開(kāi)挖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的具體環(huán)節(jié)中,應(yīng)詳細(xì)分析具體問(wèn)題,確保相關(guān)工作的科學(xué)合理實(shí)施。一是在混凝土施工中,做好礦工的思想安全教育工作至關(guān)重要。只有深刻認(rèn)識(shí)到應(yīng)用相關(guān)技術(shù)的重要性,積極配合各項(xiàng)工作的實(shí)施,才能保證施工質(zhì)量。二是為了進(jìn)一步減少安全事故的發(fā)生,建筑工地需要采取各種安全措施,讓其他非建筑工人知道該地區(qū)正在進(jìn)行挖掘及相關(guān)工程。三是為了進(jìn)一步保證支護(hù)螺栓設(shè)計(jì)的科學(xué)性和規(guī)范性,有必要建立智能化的監(jiān)控管理系統(tǒng),限制施工人員的行為,從而保證各項(xiàng)施工項(xiàng)目的順利實(shí)施,減少施工頻率。四是為了更好的保證施工質(zhì)量和性能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo),施工人員在施工過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格遵循基本工作流程,及時(shí)采取措施解決施工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。
總之,煤炭采礦工程巷道掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)應(yīng)用期間,將會(huì)有多種因素對(duì)相關(guān)施工技術(shù)效果產(chǎn)生影響,為了更好的優(yōu)化施工質(zhì)量,要求工程人員合理應(yīng)用完善的地質(zhì)勘探技術(shù),有效控制多種風(fēng)險(xiǎn)因素,從而優(yōu)化工程施工質(zhì)量,增大工程施工安全系數(shù)。保證企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)維護(hù)工作人員人身安全。