煤礦掘進(jìn)支護(hù)轉(zhuǎn)變及應(yīng)變措施分析

董洪濱 郭海洋

(河南能源義煤集團(tuán)耿村煤礦,河南澠池 472431)

煤礦掘進(jìn)支護(hù)轉(zhuǎn)變及應(yīng)變措施分析

董洪濱 郭海洋

(河南能源義煤集團(tuán)耿村煤礦,河南澠池 472431)

掘進(jìn)施工是一項(xiàng)高危工作,巷道剛開挖并沒有實(shí)施支護(hù),容易出現(xiàn)冒頂、落石等一些列問題,尤其是進(jìn)入深部開采以后,地質(zhì)條件更加復(fù)雜,掘進(jìn)支護(hù)就顯得尤為重要。文章分析了煤礦掘進(jìn)支護(hù)的發(fā)展轉(zhuǎn)變以及常見的掘進(jìn)支護(hù)的方式,并重點(diǎn)探討了現(xiàn)今使用較多的錨桿支護(hù)方式。

煤礦掘進(jìn)支護(hù) 常見問題 處理措施 錨桿支護(hù)

煤炭是工業(yè)生產(chǎn)所必需的一次能源，消費(fèi)量大，在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。近年來隨著煤炭資源的開采，淺部資源已經(jīng)日漸枯竭，煤炭開采逐漸進(jìn)入深井作業(yè)，與淺部煤炭開采不同，深井開采地應(yīng)力大，圍巖變形破壞嚴(yán)重，給巷道支護(hù)帶來很大的難度，尤其是對于掘進(jìn)支護(hù)。為保證施工人員的安全以及順利完成工程挖掘任務(wù)，掘進(jìn)支護(hù)就顯得尤為重要。

1 煤礦掘進(jìn)支護(hù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 巷道布置方式的轉(zhuǎn)變

隨著煤炭資源開采逐漸進(jìn)入深部作業(yè)，以及相關(guān)技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，煤礦巷道布置方式也發(fā)生了重大的轉(zhuǎn)變。首先，巖石巷道向煤層巷道的轉(zhuǎn)變，以往為了降低支護(hù)難度，巷道布置一般選用地質(zhì)條件較好的巖石巷道，掘巷時(shí)間長，耗費(fèi)大量的人力和物力，新時(shí)期隨著支護(hù)技術(shù)的發(fā)展，也為了減少煤礦建井周期，使得煤礦迅速投產(chǎn)，巷道布置在煤層之中。其次，巷道斷面形狀及大小的轉(zhuǎn)變，以往由于技術(shù)達(dá)不到或者說是減少投入成本，巷道斷面一般設(shè)計(jì)為拱形小斷面，現(xiàn)今一般設(shè)計(jì)為矩形大斷面，方便大型機(jī)械化連續(xù)施工。再者是回采巷道數(shù)量的轉(zhuǎn)變，深井開采地質(zhì)條件復(fù)雜多變，為相應(yīng)國家號召建立大型礦井，巷道通風(fēng)量需求和運(yùn)輸任務(wù)量大，因此新型礦井設(shè)計(jì)為多巷布置。

1.2 巷道掘進(jìn)支護(hù)設(shè)備的轉(zhuǎn)變

巷道支護(hù)設(shè)備經(jīng)歷了四個(gè)階段，即木支護(hù)、砌碹支護(hù)、型鋼支護(hù)以及錨桿支護(hù)，錨桿支護(hù)是現(xiàn)在應(yīng)用較多的掘進(jìn)支護(hù)方式，但是隨著科技的發(fā)展，有些煤礦的錨桿質(zhì)量依然沿用以前的低強(qiáng)度、低剛度的被動(dòng)支護(hù)設(shè)備，有些已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代礦井掘進(jìn)的需要，尤其是進(jìn)入深部開采以來，地質(zhì)條件比較復(fù)雜，高應(yīng)力、破碎圍巖的支護(hù)環(huán)境不能只是單純的被動(dòng)支護(hù)，而是應(yīng)該采用新型的錨桿技術(shù)，如高預(yù)應(yīng)力的錨桿、樹脂錨桿、注漿錨桿等，及時(shí)主動(dòng)的控制圍巖變形，發(fā)揮圍巖的自身承載能力，給圍巖增加約束力，提高圍巖強(qiáng)度，保持圍巖穩(wěn)定。

2 煤礦掘進(jìn)支護(hù)的應(yīng)用

2.1 吊環(huán)式前探梁的應(yīng)用

巷道掘進(jìn)的臨時(shí)支護(hù)可以采用前探支架，即三根吊掛式的前探支架，使用的前探梁材質(zhì)有礦用工字鋼或者π型鋼，但使用長度應(yīng)該不小于三米，保證工人有安全的作業(yè)環(huán)境。三根吊掛式的前探支架布設(shè)方式為：其中一根沿著掘進(jìn)巷道中線，另外兩個(gè)前探梁布置在巷道中線前探梁的兩側(cè)，間距控制在一米左右，并且在構(gòu)建臨時(shí)支護(hù)時(shí)，必須對前探梁予以固定，每根前探梁的固定點(diǎn)數(shù)不得小于二個(gè)。巷道掘進(jìn)后的表面并不平整，前探梁安裝支設(shè)后會(huì)與巷道表面存在間隙，因此需要采用礦用的方木、構(gòu)木、木楔等材料充填間隙，使得前探梁發(fā)揮完整的承載能力。前探梁支設(shè)及時(shí)進(jìn)行，一般要在掘進(jìn)斷面后方0.3m以內(nèi)，超前支護(hù)設(shè)置也應(yīng)該在此范圍內(nèi)進(jìn)行，用錨桿固定吊環(huán)，吊環(huán)強(qiáng)度應(yīng)與前探梁強(qiáng)度相耦合。

2.2 吊鏈?zhǔn)角疤搅旱膽?yīng)用

吊鏈?zhǔn)角疤搅菏窃诘醐h(huán)式前探梁基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，布設(shè)方式相思，使用3.5m以上的π型鋼作為前探梁材料，固定還是采用吊環(huán)，但是使用吊鏈?zhǔn)角疤搅褐?，首先要敲幫問頂，清理巷道四周的浮矸活石，確保不存在不安全因素之后，再向前移動(dòng)前探梁，嚴(yán)禁空頂作業(yè)。巷道掘進(jìn)中也可以使用單體液壓支柱支設(shè)前探π型鋼，達(dá)到臨時(shí)支護(hù)的目的。

3 錨桿支護(hù)技術(shù)在煤礦掘進(jìn)巷道中的應(yīng)用

錨桿支護(hù)理論已經(jīng)相對完善，有懸吊理論、組合梁理論、錨桿鍥固作用、減跨作用等，現(xiàn)今已經(jīng)形成了一套成熟的支護(hù)體系。錨桿支護(hù)是一套柔性支護(hù)方式，屬于主動(dòng)支護(hù)，其能充分發(fā)揮圍巖的自身承載能力，控制圍巖的離層和滑動(dòng)，提高巖體內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角，抑制圍巖繼續(xù)變形與破壞，形成承載結(jié)構(gòu)，改善圍巖的賦存結(jié)構(gòu)，該技術(shù)實(shí)施靈活且容易操作，在煤巷軟巖類中掘進(jìn)支護(hù)中應(yīng)大力推廣。

巷道洞室掘進(jìn)開挖必然破壞原有的地應(yīng)力平衡，引起巷道圍巖應(yīng)力的重新分布，個(gè)別區(qū)域會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，如果集中應(yīng)力超過圍巖的承受極限，圍巖就會(huì)出現(xiàn)塑形變形，釋放部分的應(yīng)力，這時(shí)圍巖并不是完全喪失承載能力，還存在一定的殘余強(qiáng)度，如果及時(shí)進(jìn)行巷道支護(hù)，給圍巖增加約束力，提高圍巖強(qiáng)度，保持圍巖穩(wěn)定。錨注聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)，提高圍巖強(qiáng)度，并進(jìn)行關(guān)鍵部位補(bǔ)強(qiáng)的手段，能夠充分發(fā)揮圍巖的自承能力，適合煤巷掘進(jìn)支護(hù)。

錨注支護(hù)在初期臨時(shí)支護(hù)后，圍巖還可以繼續(xù)進(jìn)行變形，釋放塑形能量，最佳支護(hù)時(shí)間是以變形形式轉(zhuǎn)化的工程力和圍巖的本身承載力最大，而工程支護(hù)力最小時(shí)進(jìn)行后期支護(hù)，目的就是避免出現(xiàn)松動(dòng)破壞的時(shí)刻，充分發(fā)揮圍巖塑性區(qū)的承載能力。利用錨注加固使得所形成的混凝土結(jié)構(gòu)與圍巖形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，并通過注漿封閉圍巖節(jié)理裂隙，把破碎的圍巖結(jié)合起來，共同承受圍巖自重和上部的礦山壓力作用，抑制圍巖變形，提高圍巖自穩(wěn)能力。此支護(hù)結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的剛度，并且還具有一定的柔性，在受到較大壓力作用下時(shí)會(huì)相應(yīng)的進(jìn)行變形釋放能量，但整個(gè)支護(hù)體系不會(huì)喪失支護(hù)能力，整體上可大大提高了圍巖的自承能力。

4 結(jié)語

巷道掘進(jìn)支護(hù)是保證掘進(jìn)施工安全的重要措施，錨桿支護(hù)已日趨成熟，已經(jīng)建立了一套成熟的支護(hù)體系，大力發(fā)展錨桿支護(hù)，對于煤礦掘進(jìn)安全施工非常重要。錨注聯(lián)合支護(hù)體系與圍巖接觸面積較大，全面接觸改善圍巖載荷的受力分布及其之間的作用效果，使支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖形成一個(gè)統(tǒng)一的整體;強(qiáng)調(diào)臨時(shí)支護(hù)的效果，在初期階段控制圍巖變形，初期支護(hù)與永久支護(hù)相互協(xié)調(diào)配合，選擇圍巖變形的最佳時(shí)間，達(dá)到最優(yōu)支護(hù)狀態(tài)。

[1]蘇東懷.探討煤礦掘進(jìn)支護(hù)中存在問題及應(yīng)對措施[J].科技風(fēng),2014.

[2]周博.煤礦掘進(jìn)支護(hù)問題及應(yīng)對方法分析[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2014.

[3]劉建忠.錨桿支護(hù)技術(shù)在煤礦掘進(jìn)巷道中的應(yīng)用[J].科學(xué)之友,2013.

董洪濱,男,(1983.03—),河南柘城人,畢業(yè)于安徽理工大學(xué)采礦專業(yè),學(xué)士,研究方向開掘。