芻議半煤巷道支護塑料護幫網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用

摘要：根據(jù)國家統(tǒng)計資料顯示，當前我國有超過八成的井下作業(yè)巷道在煤層中挖掘，這對煤礦巷道支護技術(shù)以及其安全管理提出了更高的要求。煤礦巷道安全支護技術(shù)的提升能避免安全生產(chǎn)事故的發(fā)生。文章結(jié)合某煤礦實際情況，對塑料護幫網(wǎng)技術(shù)原理以及參數(shù)設(shè)計進行分析，探討了半煤巷道支護塑料護幫網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：塑料護幫網(wǎng)技術(shù)；半煤巷道；巷道安全支護技術(shù)；井下作業(yè)巷道；煤礦安全管理 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD235 文章編號：1009-2374（2015）10-0168-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0935

本文以某煤礦為例進行分析，該煤礦煤層定向布置巷道，其煤層頂板為巷道頂板，采用不完全梯形的斷面形式。煤層頂板為灰白相間帶狀條紋，其厚度大約為6.7～7.7m，平均厚度為7.2m。該煤層的頂板巖石抗壓強為20～24MPa，其中最大抗壓強度為35MPa。該煤層底板是由厚度約為0.75～1.1m的黑色粉砂巖組成，平均厚度為0.88m，抗壓強度為65MPa。

1 巷道及巷道支護理論概述

1.1 我國煤礦巷道概述

當前階段我國對于煤炭資源的開發(fā)仍然沿用巷道挖掘并進行井下施工作業(yè)的作業(yè)方法，在極大部分數(shù)量的礦井中，其巷道深度甚至超過了700m。根據(jù)國家統(tǒng)計資料顯示，當前我國有超過八成的井下作業(yè)巷道在煤層中挖掘，這對煤礦巷道支護技術(shù)以及其安全管理提出了更高的要求。煤礦巷道安全支護技術(shù)的提升，不僅能在一定程度上提升巷道的服務(wù)年限以及耐用性，更主要的是避免了安全生產(chǎn)事故的發(fā)生。在未來一段時間內(nèi)，如何提升煤礦巷道的安全性和穩(wěn)定性，如何充分根據(jù)井下作業(yè)的特點進行巷道支護技術(shù)的選擇，必將成為重要的焦點問題。

1.2 煤礦巷道支護理論概述

1.2.1 圍巖強化。圍巖強度強化理論是指支護技術(shù)中通過改變圍巖應(yīng)力從而增加相應(yīng)的圍壓，并使圍巖的載荷能力得到加強，該技術(shù)理念能夠有效地增加錨巖體本身的性能，并使巖體的峰值以及殘余強度得到

增加。

1.2.2 松動圈支護。松動圈支護是巷道開挖施工過程中會造成周圍巖層松動并形成一定的松動范圍，從而引起松動圈膨脹，在這種情況下對膨脹圈進行支護從而防止巖體破裂而形成的安全隱患問題，使得支護技術(shù)更具針對性。

1.2.3 奧法支護。新奧法理論主要有以下兩點內(nèi)容：（1）對煤礦巷道的光面實施爆破處理；（2）對隱患區(qū)域內(nèi)的周圍巖壁進行加固處理，從而增強其荷載能力的方式。

1.2.4 聯(lián)合支護。聯(lián)合支護主要是通過多種支護手段的組合運用，以此提升支護體的整體硬度和強度，從而達到改變圍巖松動、膨脹現(xiàn)象的狀況，最終使巷道的穩(wěn)定性得到增強的一種技術(shù)方法。聯(lián)合支護的技術(shù)方法較多地運用于巷道內(nèi)部地勢和地形相對較為復(fù)雜的

地區(qū)。

2 錨桿支護機理

2.1 確保錨桿的加固作用

為了保證在進行半煤巷道支護的過程中將各種力傳遞到穩(wěn)定巖層上，在進行錨桿的選擇時應(yīng)注意錨桿的直徑、長度以及其錨固能力，以防止由于頂板地質(zhì)構(gòu)造或者是煤層頂板巖石強度較低造成的切頂事故。其中特別應(yīng)注意的是加強位于巷道兩側(cè)錨桿的錨固力，從而確保在支護過程中錨桿的加固作用能夠得到有效的發(fā)揮，更好地進行力傳遞。

2.2 保證系統(tǒng)有效性

系統(tǒng)有效性主要是指即使在局部區(qū)域錨桿失效或者煤層頂板遭到破壞的情況下，也可以在支護系統(tǒng)轉(zhuǎn)移力的作用下，保證整個系統(tǒng)不會全面失效。

2.3 加強煤幫支護

加強煤幫支護主要是由于錨桿支護通常是以煤幫為介質(zhì)將力傳遞至底板，所以應(yīng)注意加強煤幫支護錨桿的整體強度，從而在最大程度上減少煤幫的松動深度。

3 塑料網(wǎng)工藝分析

3.1 原材料

塑料網(wǎng)的原材料主要有聚丙烯、色母、三氧化二銻、抗靜電劑以及高效阻燃劑等，其各項材料的質(zhì)量要求都應(yīng)符合標準，在必要情況下進行相應(yīng)的理化試驗，在確保質(zhì)量合格后，實驗室保留相應(yīng)的記錄。

3.2 攪拌

在塑料網(wǎng)制作過程中，可以按照每鍋次的原料配料量以及原料加料順序進行攪拌，在高速攪拌機中攪拌5～7分鐘。同時在原材料攪拌完成后應(yīng)對其配料攪拌情況進行檢查，確保各主材料與配料之間不出現(xiàn)混合不均，且攪拌機內(nèi)無攪拌殘留，同時還應(yīng)注意其裝料和轉(zhuǎn)運以及上料都應(yīng)符合相關(guān)操作要求。

3.3 軋光及切邊

在塑料擠出機進行預(yù)熱前應(yīng)對其三輥軋光機以及軋滾表面部件進行檢查和清理，等到板料擠出后應(yīng)根據(jù)三輥間距、擠料量以及擠出機的溫度等參數(shù)來控制板的厚度和寬度進行調(diào)整。在此過程中應(yīng)注意板的厚度應(yīng)符合生產(chǎn)工藝要求，保證其誤差在可接受的范圍之內(nèi)。同時板在切邊后的寬度應(yīng)保持在1200±10mm范圍內(nèi)，不能出現(xiàn)凹凸邊框、缺料邊或者是其他缺陷問題。

3.4 沖孔

在制板完成后及時將板頭穿入沖床進行沖孔，孔的直徑控制在3.7±0.1mm，注意保持40～80次/min的沖孔頻率，在沖孔過程中的調(diào)整氣壓為0.5MPa，公稱力為110kN，最終的橫向孔距確定為15.5±0.1mm，沖孔步距16.9±0.1mm。操作工人和機修工人應(yīng)對此過程總的各項孔距進行調(diào)整和修正，同時避免各種連孔、重孔、缺孔以及不透孔等問題的出現(xiàn)。

3.5 縱向拉伸

在制板沖孔后會有一定的余量，此時應(yīng)將沖孔前段毛板與縱向拉伸機組的預(yù)穿導(dǎo)料板之間應(yīng)采用專業(yè)的連接裝置固定牢靠，等到其板料長度能夠穿過縱拉機組時，啟動機動機組穿板料并對中拉和終拉速度做出相對應(yīng)的調(diào)整，將水溫控制在≥95℃，拉伸幅寬要求控制在1050～1075mm?？v向拉伸中需要注意的在拉伸完成后一定要對實際尺寸進行測量，如果存在的偏差問題則應(yīng)立即對拉伸速度進行調(diào)整，在縱向拉伸需要收卷時應(yīng)保持在收卷器上進行收卷，使之保持一定的張力，收卷直徑以1.2m為宜。

3.6 橫向拉伸

將縱向拉伸后的網(wǎng)頭穿過橫向拉伸機送料裝置后，用橫拉機組引進口兩側(cè)夾具口夾緊，開始橫拉。橫拉時應(yīng)根據(jù)《生產(chǎn)工藝通知單》給出的溫度及拉伸效果調(diào)整熱風(fēng)爐溫度，使橫拉網(wǎng)格均勻。橫拉完成后產(chǎn)品應(yīng)用收卷機進行收卷、計長，收卷尺寸：寬度：4.0～4.1m；長度：根據(jù)實際生產(chǎn)需求定尺寸。橫向拉伸完成后產(chǎn)品應(yīng)捆扎整齊，每卷不得低于三個困扎點。

4 技術(shù)參數(shù)

作為一種專門用于煤礦支護的新型防護網(wǎng)，雙向拉伸塑料網(wǎng)主要以聚丙乙烯為基本材料，在經(jīng)過了抗靜電以及抗阻燃技術(shù)處理之后，運用雙向拉伸方法最終形成了具有完整整體結(jié)構(gòu)的方法網(wǎng)，雙向拉伸塑料網(wǎng)可以說是在充分保證了強度的前提下，提升了其綜合使用性能。其與一般意義上的塑料網(wǎng)與金屬網(wǎng)相比，存在著較大的優(yōu)勢：（1）其具有易彎曲且強度大、耐腐蝕且便于運輸?shù)奶攸c；（2）其在雙向拉伸作用下形成的筋和肋互相垂直，有效地將網(wǎng)面的壓力分散到了四周緊肋，在很大程度上提升了網(wǎng)面的整體承載能力；（3）由于塑料網(wǎng)是在雙向拉伸作用下形成的，所以其需的網(wǎng)孔蠕變量較小，孔尺之間均勻平衡，會避免煤塊脫落給井下工人帶來的危險；（4）在其整體的方法網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，縱橫向并有加長的承載力，再加上其網(wǎng)色與煤層色相互親和，使巷道具有一定的平衡性。塑料網(wǎng)與其他防護網(wǎng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)：塑料網(wǎng)，抗壓強度為320MPa，破斷強度3500N，延伸率20%～30%，單價11.5元/m2；菱形網(wǎng)，抗壓強度為380MPa，破斷強度4200N，延伸率9%，單價18.8元/m2；經(jīng)緯網(wǎng)，抗壓強度為360MPa，破斷強度4000N，延伸率7%，單價23.5元/m2。

5 護幫網(wǎng)在巷道支護中的使用方法及注意事項

5.1 使用方法

塑料護幫網(wǎng)在半煤巷道支護的使用過程中通常情況下會采取橫向鋪接法，其具體操作步驟如下：

5.1.1 將塑料網(wǎng)卷在巷道內(nèi)鋪開，并按照巷道上部的支護周界長度將其分剪成為一段或者是多段的網(wǎng)片，其網(wǎng)片剪切程度以及鋪網(wǎng)長度取決于巷道的形狀、寬度以及巖礦性質(zhì)等，使用單位應(yīng)在相關(guān)作業(yè)流程中對其進行說明。

5.1.2 把剪切好的網(wǎng)片沿巷道上部的支護周界鋪開，并保持其與原有的支護片之間的搭接部分大于10cm，同時采用規(guī)格為1.2～1.8mm的金屬綁絲將新鋪網(wǎng)片與原有網(wǎng)片進行捆綁處理，在捆綁過程中應(yīng)注意其牢固程度，至少用捆綁鉤旋轉(zhuǎn)5圈以上。

5.2 注意事項

5.2.1 如果在使用過程中存在著筋條被利器割斷的情況時，可以采用局部補強的方法對其進行修補，其補強方法與之前所說的網(wǎng)片捆綁方法相同。

5.2.2 應(yīng)注意產(chǎn)品的儲存環(huán)境以及儲存溫度，如果溫度過高或者儲存期限過長，會直接造成材料外觀顏色轉(zhuǎn)變或者是較大面積的收縮變形，如果出現(xiàn)了筋條彎曲情況，應(yīng)立即暫停其使用并及時采取力學(xué)性能檢測的方法，確保質(zhì)量符合標準要求后再使用。

5.3 運輸和儲存

5.3.1 路面運輸。在地面運輸過程中特別是在進行產(chǎn)品裝卸時，應(yīng)避免使用較為尖銳的器具，同時在運輸過程中應(yīng)遠離不規(guī)則物體或者是重物。卷材可以直立放置也可以平臥放置，但是需要注意在裝載過程中其堆壓最高層數(shù)不能超過8層。

5.3.2 井下運輸。在卷材的井下運輸過程中，應(yīng)盡量使用廂式礦車，減少U型叉車的使用，從而避免各種沖撞或者是擠壓作用帶來的破壞。

5.3.3 存儲。在存儲過程中需要注意以下四點：（1）儲存環(huán)境選擇上，應(yīng)保證其遠離火源2米以上并處于常溫條件下；（2）在儲存時應(yīng)選擇避光的庫房，同時在產(chǎn)品與地面之間架設(shè)不低于20cm的隔離層架；（3）儲存環(huán)境應(yīng)保持通風(fēng)干燥，并防止太陽直射；（4）材料的儲存日期為出廠后一年半以內(nèi)。

6 應(yīng)用實例

該煤礦的掘進隊現(xiàn)場施工的下山采區(qū)為綜采面下巷，其煤層厚度為1.8～2.2m，平均厚度為2.0m，傾角為11°～20°。工作面走向達到了1100m。為了能夠良好地對工作面的生產(chǎn)要求進行適應(yīng)，其下崗設(shè)計形式為機軌合一，斷面形式為寬度3.2m、中高2.0m的不完全

梯形。

6.1 塑料護幫錨網(wǎng)

為了防止上幫片幫造成的頂板跨度增大問題，采用型號為HBPP30-30MS的聚丙乙烯雙向拉伸阻燃抗靜電煤礦井下用塑料護幫網(wǎng)，該塑料護幫網(wǎng)的抗拉強度大于30kN/m。

6.2 施工工藝

主要采用的是沿煤掘進的方法，采用光爆工藝對爆破進行控制從而有效減少可能對圍巖煤幫造成的振動，并保持巷壁的平整性。煤層頂板采用錨桿-W鋼帶聯(lián)合支護，在巷道爆破進尺后，按照前探梁支護→打錨桿孔→安裝樹脂卷→安裝托盤及螺母→鋪設(shè)護幫塑料錨網(wǎng)→安裝錨桿桿體的順序進行。

在施工過程中需要注意的是塑料護幫錨網(wǎng)的保護鋪設(shè)：（1）應(yīng)控制好掘進迎頭打眼的角度和網(wǎng)到迎頭的距離，一般情況下其距離應(yīng)保持在3～5m范圍內(nèi)，防止出現(xiàn)炮崩網(wǎng)現(xiàn)象；（2）塑料護幫錨網(wǎng)在鋪設(shè)過程中應(yīng)緊跟煤層頂板，如果局部出現(xiàn)高度不夠的情況時必須對現(xiàn)場進行清理；（3）盡量保持巷幫的平直，塑料護幫網(wǎng)應(yīng)保持平直并與巷幫緊貼。同時錨桿柱也應(yīng)緊貼巷幫并保持150N·m的錨桿扭矩；（4）塑料護幫網(wǎng)的連接處應(yīng)保持>10cm的壓茬，并對相間隔的網(wǎng)孔用尼龍繩或者是鐵絲扎牢。

6.3 支護效果

鋼帶錨桿塑料網(wǎng)和錨桿支護在該煤礦的使用中獲得了較好的技術(shù)效果以及經(jīng)濟效果，在試驗巷道中表現(xiàn)出了較好的力學(xué)特性，對頂板巖層起到了有效的加固作用的同時，使巷道頂板的完整性得到了有效的保護，有效地解決了困擾了該煤礦煤層片幫的重大問題。另外，在良好的支護體系下，巷道頂板始終處于良好的受力狀態(tài)，對巷道變形起到了重要的控制作用。該煤層的巷道頂?shù)装逡平坑赏甑?8cm減少到了13cm，兩幫的移近量由以往的27cm減少到了6cm，并且其總的斷面收縮力保持在了驚人的0.5%左右，完全符合了生產(chǎn)使用標準及生產(chǎn)要求。除此之外，塑料護幫網(wǎng)支護與其他支護技術(shù)手段相比，節(jié)省了大量的原材料，并有效地減少了二次拉低返工。

參考文獻

[1] 王鈺.半煤巖巷道錨桿支護方式選擇及應(yīng)用[J].煤礦開采，2011，（1）.

[2] 張俊龍.煤礦巷道支護技術(shù)探討[J].城市建設(shè)理論研究，2013，（14）.

[3] 李君.煤礦巷道支護方法淺析[J].中國科技博覽，2013，（3）.

[4] 林寶臣.半煤巷道支護塑料幫護網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用[J].煤礦安全，2008，（6）.

[5] 石冬冬.半煤巖巷快速掘進中巷道支護參數(shù)模擬優(yōu)化研究[J].煤炭與化工，2014，（3）.

[6] 康紅普.掘進工作面圍巖應(yīng)力分布特征及其與支護的關(guān)系[J].煤炭學(xué)報，2009，34（12）.

[7] 張路亭.關(guān)于煤礦巷道支護技術(shù)的探究[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2011，（8）.

[8] 李偉.雙向拉伸塑料網(wǎng)井巷支護中的研究與應(yīng)用[J].科技信息，2013，（25）.

作者簡介：陳轉(zhuǎn)琴（1980-），陜西渭南人，神華神東煤炭集團設(shè)備維修中心三廠工程師，研究方向：煤礦井下用支護產(chǎn)品。

（責(zé)任編輯：王 波）