煤礦井下巷道掘進頂板支護的分析

涂祺偉 楚衛(wèi)清

(江西豐龍礦業(yè)有限責任公司,江西豐城 331131)

煤礦井下巷道掘進頂板支護的分析

涂祺偉 楚衛(wèi)清

(江西豐龍礦業(yè)有限責任公司,江西豐城 331131)

煤礦井下巷道掘進頂板事故是煤礦事故里最具代表性的,它的發(fā)生機率在廣大煤礦事故里,超出了1/3以上。煤礦井下巷道掘進頂板支護的可靠性和速度、成本直接決定了煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟效益。

煤礦 巷道 頂板支護

對于煤礦的井下巷道掘進過程而言，只有對頂板進行合理的管理，才可以保障安全生產(chǎn)工作的順利執(zhí)行。這是由于在煤礦井下巷道掘進之后，重新分布生產(chǎn)應力，此時，如果沒有盡快進行支護，巷道的圍巖極其容易出現(xiàn)位移、變形或者損壞。對于煤礦企業(yè)而言，巷道掘進工作作為非常繁瑣的系統(tǒng)工程，在這個過程里，不僅要對掘進的速度和礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及掘進設施和施工工藝進行抉擇，對施工組織管理和職工總體素質(zhì)的提高給予重視，也要通過先進的地質(zhì)探測技術(shù)和持續(xù)的掘進設施進行革新，提升巷道的掘進速度，來確保巷道的迅速掘進。

1 代表性的巷道掘進頂板支護形式

(1)通過礦用支護型鋼的支護方式。礦用支護型鋼通常包含U型鋼以及工字鋼等等，此類鋼的特殊形狀以及力學機械性能，讓它們在圓形、半圓形甚至橢圓拱形的巷道里獲得了普遍的應用，因為巷道頂板支護的需求承受了過大的動載荷的沖擊以及疲勞磨損，所以礦用巷道支護鋼對韌性、抗拉能力、抗剪切能力、抗壓能力的要求非常高。并且，巷道在實際的應用當中，因為礦層地質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了變化，并且掘進切面的改變令巷道在兩個方向上的位移很大，這就需要支護架自身具有非常良好的承載能力。礦用鋼的抗彎截面模量一定要達標，并且考量到巷道支護總體滑移以及定位的需求，對于礦用鋼在鎖緊以及滑移的詳細性能參數(shù)方面也要進行規(guī)定，頂板支護模塊相互間要確保有較大的接觸面積，并且要具備平整且受力均勻的接觸面。

(2)使用伸縮性能明顯的支架。金屬支架比其他材質(zhì)的支架更具備承載能力，而這樣的承載能力又大多表現(xiàn)在工作承載以及極限承載的能力方面，因為巷道中的具體構(gòu)造以及礦層地質(zhì)活動，令巷道頂板支護里時常出現(xiàn)應力集中的問題，此時只要支護板件模塊的彈性出現(xiàn)問題，就會形成局部承載過大，甚至還會發(fā)生支護板件坍塌的問題。所以，支護支架的伸縮性能優(yōu)良，就具備了較好的使用前景，透過支護支架的伸縮，能夠?qū)⒕植康貐^(qū)以及頂板支護總體應變能力進行吸收，在這個過程里，體現(xiàn)出來的承載能力就是支架實際的承載能力。通常來講，極限承載能力一旦超出實際承載能力，可是二者不可差別過大，就會對支架材質(zhì)形成較為嚴重的疲勞磨損風險，同時降低了支架的使用效率[1]。

(3)使用預設煤柱的頂板支護形式。在以往的采煤作業(yè)里，巷道自身一定要兼具以下三種能力：坑道支撐保護、人員行進通道以及煤炭運輸通道，并且還要包含礦區(qū)里的通風及瓦斯收集管理，所以，在巷道頂板支護的鋪設中，通常會先埋設下有一定寬度的煤柱，讓巷道上方的運輸層以及巷道下方的通風層相互具有一定距離，以免二者直接產(chǎn)生應力傳遞。這個技術(shù)的使用已經(jīng)具有較長的歷史，它的作用更加體現(xiàn)在通風及排水方面。

(4)通過錨桿支護的形式。這樣的形式作為最普遍的煤礦巷道頂板支護方法，透過錨桿支護能夠較大程度的確保巷道總體的承載能力，確保巷道總體安全，并且能夠更加快捷的設置運輸巷道層。常見的錨桿支護需要使用錨桿體、加固凝劑、托板、鋼帶及保護網(wǎng)，將螺釘緊固，把錨桿承載壓力分攤在構(gòu)建體全身，從而擴散到所有巖層，提高錨桿的承載力，由于托板的影響，可以讓巖層的變形最小，實現(xiàn)預防巖層破裂坍塌的作用。

2 煤礦井下巷道掘進頂板支護控制技術(shù)管理的措施

2.1 做好技術(shù)準備,提高巷道頂板承載能力

將巷道掘進施工之前的技術(shù)準備工作做好。通過煤礦礦壓觀察材料、實際的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和巷道圍巖力學性質(zhì)等相關(guān)狀況，選取同煤礦井下巷道施工現(xiàn)場最相符的支護型式，并且對于重點施工位置，必須提前制定相關(guān)的安全技術(shù)方案。加強巷道掘進施工設計，明確支設型式、臨時支護方式和材料數(shù)量以及尺寸等，嚴格進行掘進作業(yè)規(guī)程。

煤礦巷道掘進施工時，必須保證開掘巷道要最大限度的平整光滑，所以，選擇的爆破型式通常為光面爆破，并借助錨噴支護型式，進而令圍巖的完整性以及穩(wěn)定性獲得保護，并讓煤巖層的松動程度有所降低，加強頂板本身承受的負荷能力，讓支護體構(gòu)造同圍巖共同形成承載能力[2]。

2.2 加強支架強度和圍巖釋壓同讓壓的協(xié)調(diào)能力

煤礦井下巷道執(zhí)行初掘以后，很容易令巷道出現(xiàn)位移和變形，這就需要在對支護型式進行選擇時，盡量選擇初具柔性后具鋼性的支護夠構(gòu)造，將巷道位移和變形問題進行緩和，并且還對巷道空間完整度十分有利，較大降低了返修量和返修次數(shù)。因此，只有強化支架強度和圍巖釋壓與讓壓之間的協(xié)調(diào)能力，提高巷道支護體的強度，并令圍巖在適宜的范疇里變形，提高頂板支護效果[3]。

2.3 強化對掘進工藝以及設施的投放力度

使用先進的巷道掘進施工技術(shù)。面對地質(zhì)構(gòu)造同基礎(chǔ)條件相對較好的煤礦巷道施工來講，能夠選擇總機構(gòu)造緊湊、中心相對過低、機身過矮、破巖能力過大的巷道綜合機械化掘進施工技術(shù)。此掘進施工技術(shù)主要通過懸臂式掘進機、單體錨桿鉆機和供電設施等結(jié)合而成，生產(chǎn)能力較強，且對各類地質(zhì)環(huán)境都非常適應。而對大斷面的煤層來講，可以選用連續(xù)采煤機掘進施工技術(shù)。在多巷快捷煤礦掘進施工和矩形斷面雙巷掘進施工里，此掘進施工技術(shù)的應用相對廣泛。

提高對掘進施工設施的投入。盡可能使用錨索和錨網(wǎng)等可縮性支架進行支護，并通過機械化方式操作。并且，在小斷面煤礦巷道的掘進施工里，可以采用鑿巖臺車，讓鉆孔開孔、換纖返纖、定位等可以實現(xiàn)自動化。對于大斷面煤礦巷道掘進施工來講，可以提高綜掘機、TBM掘進機、盾構(gòu)機的使用，從而提高掘進速度以及施工質(zhì)量，來進行一次成巷。

3 結(jié)語

煤礦井下巷道掘進頂板支護是施工中一個主要內(nèi)容，如果可以正確及時支護，巷道掘進工作才能夠順利進行。因此，選擇相對合理的支護方式有著十分重要的意義。

[1]翟黨帥.井下巷道掘進時的頂板管理研究[J].科技資訊,2012.(02).

[2]李國留.煤礦掘進工作面頂板事故分析與防治[J].中外企業(yè)家,2012.(07).

[3]徐尤松,宛禮平.對軟巖礦井巷道掘進頂板支護的探索[A].中國煤炭學會煤礦安全專業(yè)委員會2009年學術(shù)研討會論文集[C],2009.