煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)技術(shù)與頂板管理

張利民

【摘 要】隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷推進(jìn)與發(fā)展，對(duì)于煤資源的需求量不斷增加，雖然我國(guó)一直在倡導(dǎo)清潔能源的使用，但是煤作為一項(xiàng)基礎(chǔ)性的能源，仍然具有廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)，在煤礦挖掘的過(guò)程當(dāng)中，為了保證煤礦挖掘的安全以及煤資源開(kāi)發(fā)的質(zhì)量，需要對(duì)煤礦的開(kāi)挖巷道技術(shù)和頂板管理等一系列的技術(shù)進(jìn)行研究，為煤礦的開(kāi)發(fā)提供更加安全穩(wěn)定的環(huán)境，保障煤炭開(kāi)發(fā)人員的安全，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，進(jìn)一步提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

【Abstract】With the advancement and development of the economic construction， the demand for resources is growing， although our country has been advocating the use of clean energy， as a basic source of energy， but coal is still widely used in the market， in the process of coal mining， in order to guarantee the safety of the coal mining and the quality of coal resources development， we need to study on the technologies of excavation roadway and roof management， to provide more secure and stable environment for the development of the coal mine， protect the safety of coal development staff， realize the safety in production， further enhance the economic efficiency of enterprises.

【關(guān)鍵詞】煤礦；掘進(jìn)巷道；支護(hù)技術(shù)；頂板管理

【Keywords】coal mine； excavation roadway； support technology； roof management

【中圖分類(lèi)號(hào)】TD353 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）03-0176-02

1 引言

煤礦巷道的頂板支護(hù)的可靠性以及速度成本，直接影響著煤炭企業(yè)的安全生產(chǎn)狀況及經(jīng)濟(jì)效益，為了更好地提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，降低生產(chǎn)開(kāi)采成本，提升開(kāi)采的質(zhì)量，筆者通過(guò)分析常見(jiàn)煤礦井下巷道的支護(hù)方式，進(jìn)一步提出了在當(dāng)前開(kāi)采過(guò)程當(dāng)中，頂板支護(hù)存在的問(wèn)題影響因素和加強(qiáng)巷道掘進(jìn)工作面頂板支護(hù)的控制措施，以為開(kāi)采工作提供更加安全高效的技術(shù)支持，提升我國(guó)煤炭開(kāi)采的整體水平。

2 煤礦巷道支護(hù)方式存在的問(wèn)題和影響因素

2.1 煤礦巷道支護(hù)方式存在的問(wèn)題

在開(kāi)采的過(guò)程當(dāng)中，由于圍巖的穩(wěn)定性較差，煤礦巷道的支護(hù)難度會(huì)大大增加，如果出現(xiàn)了過(guò)大的變形或者是位移，也就可能出現(xiàn)破壞巷道的現(xiàn)象，特別是在一些巖體較為松軟的地方，如果出現(xiàn)這一類(lèi)的問(wèn)題，便無(wú)法發(fā)揮其其中的作用，經(jīng)過(guò)多次返修，如仍無(wú)法滿(mǎn)足要求，那么這一地段的開(kāi)挖將會(huì)陷入瓶頸，在煤礦巷道挖掘的過(guò)程當(dāng)中，圍巖的巖體遇到水之后，會(huì)產(chǎn)生很大的膨脹力，圍巖在過(guò)大的擠壓力的作用下會(huì)產(chǎn)生變形，直接影響支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，在掘進(jìn)過(guò)程當(dāng)中，受到重力因素的影響，頂板也會(huì)出現(xiàn)掉落的現(xiàn)象，加之層理結(jié)構(gòu)的發(fā)育和變化，頂部的裂縫容易增多，并且易發(fā)生開(kāi)裂，甚至還會(huì)產(chǎn)生圍巖離層，甚至發(fā)生冒頂事故。

2.2 影響因素

地質(zhì)構(gòu)造施工技術(shù)會(huì)影響整個(gè)開(kāi)采過(guò)程的穩(wěn)定與安全，在井下巷道開(kāi)發(fā)的過(guò)程當(dāng)中，會(huì)受到煤礦地層的發(fā)育狀況的影響，褶皺構(gòu)造穩(wěn)定性較好的地方可以加快施工，但是一般的煤礦井下都屬于復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，掘進(jìn)的速度和質(zhì)量會(huì)受到很大的影響，在褶皺斷層的地質(zhì)條件下，煤層的厚度也發(fā)生較大的變化，其穩(wěn)定性和支護(hù)結(jié)構(gòu)容易發(fā)生垮落等一系列的問(wèn)題[1]。同時(shí)施工技術(shù)也會(huì)影響到開(kāi)挖的穩(wěn)定性，一般采用錨噴支護(hù)的方式進(jìn)行頂板支護(hù)，這種方法使安全性和工作質(zhì)量得到了提升，但是如果炮眼掌握不當(dāng)，或者是藥量不夠，也會(huì)降低錨網(wǎng)噴支護(hù)的質(zhì)量，在一些巷道較為密集的地區(qū)，在開(kāi)挖第一條巷道時(shí)，由于地面地表的巖層受到了破壞，那么其他地方也會(huì)受到影響，頂板支護(hù)的難度將會(huì)大大增加。

3 掘進(jìn)巷道支護(hù)方式

3.1 錨桿支護(hù)

在我國(guó)，錨桿支護(hù)是煤礦巷道首選的支護(hù)方式，因?yàn)樗梢杂行Ц纳泼旱V巷道的布置方式，提升煤炭的產(chǎn)量以及經(jīng)濟(jì)效益，這種支護(hù)方式主要的支護(hù)結(jié)構(gòu)，包括錨桿桿體、托板、錨固劑、鋼帶和一些網(wǎng)等，錨桿的主要作用在于抗剪、抗拉，而托板是圍巖與錨桿尾部相互接觸的主要構(gòu)件，通過(guò)施加適當(dāng)?shù)呐ぞ亟o螺母，使得巷道表面的托板受到擠壓，將預(yù)緊力提供給錨桿，并不斷擴(kuò)散到煤體之中，使得圍巖的外部應(yīng)力狀態(tài)有所改善，有效解決裂隙張開(kāi)，結(jié)構(gòu)表面滑動(dòng)等圍巖出現(xiàn)的一系列問(wèn)題，當(dāng)圍巖出現(xiàn)變形的狀況時(shí)，托板可以將圍巖變形產(chǎn)生的荷載傳給錨桿桿體，使得錨桿的工作阻力不斷加大，抑制圍巖變形狀況的出現(xiàn)，而網(wǎng)緊貼于巷道的表面，能夠提供支護(hù)的力量，并且能夠防止圍巖當(dāng)中的破碎巖塊對(duì)巷道造成阻塞，或者是垮落的問(wèn)題，為施工的展開(kāi)提供更加安全可靠的環(huán)境，成本較低，因此受到了廣泛歡迎。

3.2 礦用型鋼支護(hù)

當(dāng)前的煤礦礦用支護(hù)型鋼主要采用工字鋼和U型鋼兩種，一般煤礦為橢圓形或者是半圓形，在這些巷道斷面當(dāng)中，這類(lèi)礦用的支護(hù)鋼型的韌性較好，并且能夠抗剪、抗壓、抗拉，這兩種鋼具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，所以得到了廣泛運(yùn)用，在煤礦巷道掘進(jìn)過(guò)程當(dāng)中，工作環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，所以礦用支護(hù)型鋼必須具備很高的性能，在煤礦井下巷道掘進(jìn)過(guò)程當(dāng)中產(chǎn)生的橫向負(fù)載和豎向的推動(dòng)力，必須由支護(hù)架進(jìn)行承擔(dān)，在使用之后，架的橫向與縱向的兩個(gè)方向上都必須要具備足夠的負(fù)載能力，截面抵抗矩直接影響著高架斷面的集合參數(shù)，所以要對(duì)其負(fù)載能力和截面抵抗矩的數(shù)值進(jìn)行科學(xué)分析，以保證兩個(gè)數(shù)值相互接近，來(lái)提高支護(hù)架的應(yīng)用能力[2]。

3.3 可縮性支架

支架的極限承載能力受到支架是否發(fā)生塑性變形的影響，所以在實(shí)際過(guò)程當(dāng)中，實(shí)際的承載能力是指煤礦巷道的可縮小支架在緊縮過(guò)程當(dāng)中所出現(xiàn)的負(fù)荷承載能力，受到煤礦巷道之下的工作狀況、工作環(huán)境以及構(gòu)件連接的影響，一般情況下，煤礦巷道的實(shí)際承載能力與極限承載能力相差不大，為了保持最好的狀態(tài)，必須對(duì)其極限值進(jìn)行計(jì)算，保證其實(shí)際承載能力與極限值之間的數(shù)字差距較小，來(lái)使支架達(dá)到最好的工作狀態(tài)，為開(kāi)采工作的展開(kāi)，提供更加便捷的條件。

4 頂板控制技術(shù)措施

4.1 加強(qiáng)技術(shù)裝備，提升承載能力

為了使巷道頂板提升承載能力，必須要強(qiáng)化巷道掘進(jìn)前的施工技術(shù)準(zhǔn)備，根據(jù)煤礦礦壓觀(guān)測(cè)資料，實(shí)際的地質(zhì)構(gòu)造，以及圍巖的力學(xué)性質(zhì)等當(dāng)?shù)氐膶?shí)際具體情況，有針對(duì)性地選擇煤礦井下巷道施工現(xiàn)場(chǎng)的最佳支護(hù)方式，針對(duì)重點(diǎn)施工地帶，例如冒頂處理，掘進(jìn)工作面，巷道開(kāi)口等等，必須提前制定有針對(duì)性的安全技術(shù)措施方案，要求專(zhuān)業(yè)人員對(duì)施工設(shè)計(jì)明確支護(hù)方式，臨時(shí)支護(hù)形式，以及所需要的材料數(shù)量和尺寸等，根據(jù)計(jì)算的數(shù)值和相應(yīng)的資料嚴(yán)格制定并執(zhí)行掘進(jìn)作業(yè)規(guī)程，要求所有的人員對(duì)其進(jìn)行蹲守，嚴(yán)格遵循作業(yè)的規(guī)程，不得出現(xiàn)違規(guī)操作等一系列的行為[3]。

在實(shí)際的施工過(guò)程當(dāng)中，不管采用哪種支護(hù)結(jié)構(gòu)，必須要保證開(kāi)掘巷道的光滑與平整，并且光滑度與平整度要達(dá)到最大的程度，首先采用的是爆破的方式進(jìn)行光面爆破，以錨噴支護(hù)，使得圍巖的完整性和穩(wěn)定性加以提升，避免圍巖層出現(xiàn)松動(dòng)，同時(shí)能夠降低松動(dòng)的程度，使得頂板自身承受的負(fù)荷能力得到加強(qiáng)和提升，來(lái)使整個(gè)支護(hù)體結(jié)構(gòu)的和圍巖共同完成承載，為施工創(chuàng)建一個(gè)安全的環(huán)境。

4.2 強(qiáng)化支架強(qiáng)度

支架的承載力能夠?yàn)橄锏赖陌踩_(kāi)發(fā)提供更為有力的保障，在煤礦井下巷道進(jìn)行初期的挖掘時(shí)，巷道極易產(chǎn)生位移或者是變形，要求選擇支護(hù)方式時(shí)，盡量選擇初具柔性后具剛性的支護(hù)結(jié)構(gòu)，以緩解出現(xiàn)的位移和變形問(wèn)題，有利于巷道空間的完整性以及光滑性，降低返修的次數(shù)和返修的任務(wù)量，后期的維護(hù)工作成本將大大降低。通過(guò)強(qiáng)化支架的強(qiáng)度和圍巖的光滑程度來(lái)加強(qiáng)雙方的協(xié)調(diào)能力，使得圍巖能夠在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)進(jìn)行變形，增強(qiáng)了巷道支護(hù)體的支護(hù)能力和支護(hù)強(qiáng)度，強(qiáng)化頂板支護(hù)的效果。

4.3 加強(qiáng)新技術(shù)和新設(shè)備的應(yīng)用

科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，使得開(kāi)發(fā)的技術(shù)和設(shè)備不斷更新，在開(kāi)采的過(guò)程當(dāng)中，主要使用了懸臂式掘進(jìn)機(jī)，單體勘探鉆機(jī)和其他供電設(shè)備，其生產(chǎn)能力較強(qiáng)，對(duì)于一般的地質(zhì)條件都較為適應(yīng)，在施工技術(shù)當(dāng)中，可以采用液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)裝載的機(jī)器，而液壓系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)置了加油裝置，其穩(wěn)定性與可靠性大大提升，PLC技術(shù)作為主要的控制技術(shù)，能夠?qū)收线M(jìn)行及時(shí)的診斷和檢測(cè)，為支護(hù)工作的展開(kāi)提供了技術(shù)和設(shè)備的支持[4]。

總之，在煤礦巷道開(kāi)挖過(guò)程中，必須輔之以必要的支護(hù)手段和新興技術(shù)，保障開(kāi)挖的安全性和可靠性，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，為我國(guó)提供更為可靠的能源保障。

【參考文獻(xiàn)】

【1】陳鵬飛.關(guān)于煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)技術(shù)研究[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2016（21）：23+37.

【2】邱朝波.錨桿支護(hù)技術(shù)在煤礦掘進(jìn)巷道中的管理與應(yīng)用策略[J].福建質(zhì)量管理，2016（05）：123.

【3】鄢耀.煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)研究[J].河南科技，2013（12）：35.

【4】鞠路超，史繼武，梁俊嶺.煤礦掘進(jìn)巷道頂板事故預(yù)防及斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].能源與節(jié)能，2013（02）：38-40.