探析復(fù)雜地質(zhì)條件下巷道快速綜掘臨時(shí)支護(hù)技術(shù)

【摘要】本文在研究復(fù)雜地質(zhì)條件下巷道快速綜掘臨時(shí)支護(hù)技術(shù)的過(guò)程中，首先是分析了在復(fù)雜地質(zhì)條件下掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)，在明確支護(hù)重點(diǎn)后，描述了當(dāng)前使用普遍的幾種臨時(shí)支護(hù)技術(shù)。接著對(duì)綜合機(jī)械化掘進(jìn)臨時(shí)支護(hù)技術(shù)體系進(jìn)行詳細(xì)分析，該體系的應(yīng)用縮短了作業(yè)時(shí)間，是適應(yīng)目前煤礦的實(shí)用臨時(shí)支護(hù)技術(shù)。最后對(duì)臨時(shí)支護(hù)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展作出展望。

【關(guān)鍵詞】復(fù)雜地質(zhì)條件；巷道快速綜掘；支護(hù)技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會(huì)對(duì)煤礦的需求量也越來(lái)越大。但是在煤礦開采強(qiáng)度和深度不斷增加的同時(shí)，開采過(guò)程中面對(duì)的地質(zhì)條件也越來(lái)越復(fù)雜。在復(fù)雜的地質(zhì)條件下對(duì)煤礦進(jìn)行開采，掘進(jìn)技術(shù)會(huì)受到臨時(shí)支護(hù)技術(shù)的影響。因而為了保證煤礦的生產(chǎn)能力，加大巷道的機(jī)械化快速掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)的發(fā)展是礦井高產(chǎn)高效、安全生產(chǎn)的重要手段。目前我國(guó)煤礦開采中主要是采用錨桿支護(hù)的機(jī)掘巷道，同時(shí)也采用臨時(shí)支護(hù)技術(shù)，避免了由于空頂時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而引起的頂板沉降和變形。國(guó)內(nèi)煤礦所使用的臨時(shí)支護(hù)主要有竄管前探梁和支柱加橫梁兩種形式。前一種支護(hù)的面積小，無(wú)法適應(yīng)一掘多錨的要求；第二種方式支護(hù)速度慢，工作時(shí)間長(zhǎng)，頂板容易下落且勞動(dòng)強(qiáng)度大。因此，只有提高綜掘工具和改善臨時(shí)支護(hù)技術(shù)，才能加快掘進(jìn)速度，滿足煤礦生產(chǎn)要求。

一、復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的關(guān)鍵

1.1綜掘機(jī)與普掘機(jī)的臨界點(diǎn)確定

一般情況下，綜掘機(jī)與普掘機(jī)的臨界點(diǎn)是所挖掘的巷道的長(zhǎng)度[1]。在開采時(shí)，對(duì)綜掘機(jī)與普掘機(jī)的選擇要根據(jù)實(shí)際的操作水平而定。一般而言，對(duì)于施工長(zhǎng)度在300m以下的工作面，可以采用普掘機(jī)，當(dāng)工作面的施工長(zhǎng)度在300m以上時(shí)則采用綜掘機(jī)。這樣的分配可以將兩種掘機(jī)的各自特點(diǎn)發(fā)揮出來(lái)，同時(shí)也使得施工工藝變得合理。在需要快速掘進(jìn)時(shí)，綜掘機(jī)的使用可以大幅縮短準(zhǔn)備時(shí)間，在工藝技術(shù)上也是能夠滿足煤礦工程的施工進(jìn)度和相關(guān)需要。

1.2綜掘機(jī)的選型

綜掘機(jī)的選型需要考慮以下幾點(diǎn)：滿足巷道工作的斷面、機(jī)器本身的緊湊程度、所開采煤礦的強(qiáng)度、綜掘機(jī)的自身體積、設(shè)備的截割功率和強(qiáng)度、設(shè)備的運(yùn)行效率、設(shè)備的配件供應(yīng)、設(shè)備的后期維修量等。

1.3截齒的選擇問(wèn)題

選擇截齒是主要考慮的是耐磨度。耐磨度越高的截齒，更有利于提高煤礦掘進(jìn)的截割速度，并減少對(duì)截齒的磨損。但是，當(dāng)開采的巖石的硬度大于截齒的剛度時(shí)，就應(yīng)該考慮用爆破的方式來(lái)加快掘進(jìn)速度。切記盲目使用綜掘機(jī)截割，以免損壞設(shè)備。此外，在爆破過(guò)程中要注意對(duì)綜掘機(jī)的保護(hù)。

1.4臨時(shí)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

在綜掘機(jī)工作過(guò)程中提供動(dòng)力的是綜掘機(jī)的液壓系統(tǒng)，因此要考慮液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及其停開機(jī)時(shí)的閉鎖裝置。在這種研究中我們主要應(yīng)用的是綜掘機(jī)的機(jī)載液壓鎖臨時(shí)采取的支護(hù)技術(shù)。而該支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用不僅可以降低工作強(qiáng)度，而且施工過(guò)程更加安全可靠。

1.5綜掘機(jī)的配套系統(tǒng)問(wèn)題和施工組織管理問(wèn)題

對(duì)綜掘機(jī)的使用與管理要有一套科學(xué)合理的施工機(jī)制，確保擁有過(guò)硬的組織管理技術(shù)水平，完善的組織管理技術(shù)體系，從而實(shí)現(xiàn)綜掘機(jī)的高效率作業(yè)。例如在彎道的掘進(jìn)中，綜掘機(jī)在大角度長(zhǎng)距離的拐彎掘進(jìn)與小角度的連續(xù)拐彎中，其工作角度最大可達(dá)到26°[2]。對(duì)于這種需要連續(xù)運(yùn)行的狀況，可以減少皮帶的配置，實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)。同時(shí)，在皮帶機(jī)的尾部安裝自動(dòng)卸料的裝置也能夠保障工作的可靠性，且能降低皮帶的磨損。此外，在施工組織管理中，要合理安排施工工藝，確保將掘進(jìn)機(jī)的最佳性能發(fā)揮出來(lái)。而且還要不斷的加強(qiáng)對(duì)專業(yè)人員的培養(yǎng)，優(yōu)化施工工藝，對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效的維護(hù)和保養(yǎng)，從而為實(shí)現(xiàn)煤礦的掘進(jìn)任務(wù)打下物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)。

二、復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)

2.1懸臂式托梁器臨時(shí)支護(hù)技術(shù)

綜掘機(jī)的炮頭是由液壓機(jī)械及電控雙閉鎖裝置組成，采取“炮頭+托梁器托鋼帶”作為臨時(shí)支護(hù)的方式，能改善炮頭臨時(shí)支護(hù)的安全可靠性，使用起來(lái)方便快捷且又能降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。具體支護(hù)方式如圖1所示。

2.2尖錐探梁臨時(shí)支護(hù)技術(shù)

尖錐探梁臨時(shí)支護(hù)系統(tǒng)由以下幾部分組成：鋼軌制探梁、專用吊環(huán)及DWB-28-30/100輕型支柱[3]。采用尖錐探梁臨時(shí)支護(hù)后，減少了探梁過(guò)頂?shù)墓に嚕簿涂s短了工作時(shí)間。另外又采用單體液壓支柱作為補(bǔ)充的支護(hù)手段，能夠?qū)敯瀹a(chǎn)生較大的初撐力，可以有效地控制頂板的變形。因此該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)綜掘機(jī)的快速掘進(jìn)是具有很大幫助的。具體支護(hù)方式如圖2所示。

2.3綜掘機(jī)自動(dòng)支撐臨時(shí)支護(hù)技術(shù)

將機(jī)載液壓臨時(shí)支護(hù)機(jī)與綜掘機(jī)配套使用，就可以實(shí)現(xiàn)綜掘機(jī)的自動(dòng)支撐臨時(shí)支護(hù)。機(jī)載液壓臨時(shí)支護(hù)機(jī)主要由底座、機(jī)架、翻轉(zhuǎn)架、折臂架和頂梁等部分組成。機(jī)載液壓臨時(shí)支護(hù)機(jī)使用較多的型號(hào)有ZLJ-10/21/30，通過(guò)更換不同型號(hào)的底座，就可適用于不同的綜掘機(jī)；根據(jù)所掘進(jìn)的巷道的斷面情況，可選擇適應(yīng)于巷道斷面的有效臨時(shí)支護(hù)面積；綜掘機(jī)自動(dòng)支撐臨時(shí)支護(hù)裝置可以有效地降低勞動(dòng)強(qiáng)度、縮短支護(hù)時(shí)間，從而提高支護(hù)速度，為巷道掘進(jìn)工作提供一個(gè)安全可靠的工作區(qū)域。

機(jī)載液壓臨時(shí)支護(hù)機(jī)適用于2.6m以上的機(jī)掘巷道，當(dāng)需要使用不同型號(hào)的液壓臨時(shí)支護(hù)機(jī)時(shí)，只需更換不同型號(hào)的底座，便可適用于綜掘機(jī)。在安裝自動(dòng)支撐臨時(shí)支護(hù)裝置時(shí)，首先拆除綜掘機(jī)切割部的護(hù)板，然后將鉸接銷軸進(jìn)行改造，便可完成安裝。

（1）結(jié)構(gòu)與工作原理

綜掘機(jī)自動(dòng)支撐臨時(shí)支護(hù)裝置由掩護(hù)梁部件、折疊架部件、折疊架體、框架、擺動(dòng)底座、連桿、掩護(hù)梁油缸、折疊架油缸、架體主油缸、架體副油缸、擺動(dòng)底座油缸以及管路、控制閥等組成。其側(cè)視剖面圖參見圖3。

其工作原理過(guò)程如下：設(shè)備液壓系統(tǒng)啟動(dòng)后，泵站開始供油，液壓油經(jīng)操縱閥、液壓鎖流入油缸。油缸壓力增大，推動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使掩護(hù)梁頂向頂板從而起到支撐的作用[4]。工作中，掩護(hù)梁的壓力逐漸上升，當(dāng)壓力增大到溢流閥預(yù)定壓力時(shí)，溢流閥動(dòng)作使得液壓油回流，油缸回至初始位置。

（2）主要技術(shù)參數(shù)及特點(diǎn)

綜掘機(jī)自動(dòng)支撐臨時(shí)支護(hù)體系的主要技術(shù)參數(shù)如下圖所示。

主要技術(shù)特點(diǎn)：第一，有效的支護(hù)面積大、初撐力和工作阻力較大；第二，系統(tǒng)由液壓控制，動(dòng)作平穩(wěn)，展開迅速；第三，全液壓控制，保護(hù)性能高；第四，結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理、便于維修、安全度高。

三、復(fù)雜地質(zhì)條件下巷道支護(hù)技術(shù)展望

盡管目前在復(fù)雜地質(zhì)條件巷道支護(hù)技術(shù)方面獲得了很大的進(jìn)步，但依然存在很多問(wèn)題需要更加深入全面的研究和試驗(yàn)。因此，在巷道支護(hù)技術(shù)方面還需要做到以下幾點(diǎn)：（l）全面、系統(tǒng)地開展深部高地應(yīng)力巷道支護(hù)理論與技術(shù)研究；（2）開發(fā)適合困難條件巷道的新型支護(hù)材料；（3）深入開展巷道底鼓機(jī)理與防治技術(shù)研究；（4）積極開展巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測(cè)試；（5）完善與提高錨桿支護(hù)施工機(jī)具，開發(fā)新產(chǎn)品；（6）完善錨桿施工質(zhì)量檢測(cè)與監(jiān)測(cè)技術(shù)。

四、總結(jié)

綜上所述，為了改變傳統(tǒng)的臨時(shí)支護(hù)方式速度慢、效果差、空頂時(shí)間長(zhǎng)的不利因素，提高在復(fù)雜地質(zhì)條件下快速綜掘巷道支護(hù)速度，研發(fā)了綜合機(jī)械化掘進(jìn)臨時(shí)支護(hù)技術(shù)體系。該體系在克服了傳統(tǒng)臨時(shí)支護(hù)方式的弊端同時(shí)，還具有高安全度、高可靠性的優(yōu)點(diǎn)，此外該系統(tǒng)由液壓控制，操作過(guò)程平穩(wěn)。因而該系統(tǒng)可以滿足當(dāng)前復(fù)雜地質(zhì)條件下對(duì)巷道實(shí)施快速綜掘的要求。同時(shí)，我們也要認(rèn)識(shí)到，未來(lái)在臨時(shí)支護(hù)技術(shù)方面依然有很大的發(fā)展空間，因此要緊跟技術(shù)的發(fā)展腳步。

參考文獻(xiàn)

[1]祝二亮.綜掘工作面臨時(shí)支護(hù)的改進(jìn)[J].煤礦現(xiàn)代化，2009.

[2]趙義勝.近距離煤層采空區(qū)下掘進(jìn)巷道支護(hù)形式的選擇[J].西山科技，2011.

[3]王安著.現(xiàn)代化億噸礦區(qū)生產(chǎn)技術(shù)[M].煤炭工業(yè)出版社，2010.

[4]周金城，蓋建平，劉存玉，韓進(jìn)忠.在復(fù)雜地質(zhì)條件下綜掘施工技術(shù)研究[J]. 河北建筑科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2009.