礦山工程井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)技術(shù)

王作軍

山東華新建筑工程集團(tuán)有限責(zé)任公司 山東泰安 271219

1 煤礦井下巷道掘進(jìn)的支護(hù)技術(shù)

巷道施工時(shí)預(yù)留煤柱技術(shù)是煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)技術(shù)中較為傳統(tǒng)的一種。一般情況下，進(jìn)行頂板支護(hù)工作的施工人員在完成煤礦井下巷道上、下區(qū)段這兩個(gè)部分的施工時(shí)，會(huì)用到較為傳統(tǒng)的預(yù)留煤柱技術(shù)。與其他頂板支護(hù)技術(shù)相比，傳統(tǒng)的預(yù)留煤柱技術(shù)所具有的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、便捷。相關(guān)的施工人員通過(guò)在頂板支護(hù)過(guò)程中應(yīng)用傳統(tǒng)的預(yù)留煤柱技術(shù)，可以在很大程度上增強(qiáng)煤礦井下巷道整體的通風(fēng)能力和排水能力。但是與此同時(shí)，工作人員在應(yīng)用傳統(tǒng)的預(yù)留煤柱技術(shù)的過(guò)程中，會(huì)耗費(fèi)較多的人力和物力資源，成本過(guò)高，這也是該項(xiàng)技術(shù)的缺點(diǎn)之一。除此之外，在應(yīng)用預(yù)留煤柱技術(shù)的過(guò)程中，發(fā)揮頂板支護(hù)作用的煤柱損壞或者出現(xiàn)其他情況不能繼續(xù)支護(hù)工作，就有可能導(dǎo)致煤礦井下巷道施工人員的生命財(cái)產(chǎn)安全得不到保障。煤礦工程采煤工作進(jìn)行的過(guò)程中，由于作用力的一些特點(diǎn)，煤柱所承受的來(lái)自外界的壓力會(huì)隨著柱身傳遞到煤柱的底部位置，這樣就有可能使煤礦井下相鄰位置的巷道受到一定的影響，進(jìn)而給整個(gè)煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)工作的開展帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)和安全隱患。

2 頂板支護(hù)穩(wěn)定性影響因素

對(duì)巷道頂板支護(hù)作用的有效性與穩(wěn)固性有影響的不單單是煤礦節(jié)理和層理發(fā)育狀況，還有巷道圍巖褶曲的構(gòu)造。在煤礦的地質(zhì)情況極好的情況下，可以少使用一些支架在巷道內(nèi)，這樣對(duì)掘進(jìn)的速度可以大大提高，同樣，地質(zhì)條件復(fù)雜的巷道內(nèi)，對(duì)頂板支架的安置就需要增多，這樣也會(huì)使得掘進(jìn)的速度相對(duì)減慢，這也是為了保障井下工人的人身安全。

3 提高煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的措施

3.1 加強(qiáng)巷道頂板的承載能力

巷道掘進(jìn)施工技術(shù)準(zhǔn)備工作包括：①結(jié)合井下礦壓觀測(cè)得來(lái)的資料和具體地質(zhì)構(gòu)造狀況，選擇與井下巷道現(xiàn)場(chǎng)施工相符的支護(hù)方式。在此基礎(chǔ)上，對(duì)于在巷道內(nèi)重點(diǎn)施工區(qū)域，應(yīng)制定出完善的安全技術(shù)方案進(jìn)行實(shí)施。②在設(shè)計(jì)井下巷道挖進(jìn)頂板支護(hù)施工中，逐一完善材料數(shù)量和尺寸及支護(hù)頂板方式、臨時(shí)支護(hù)形式等，對(duì)掘進(jìn)作業(yè)規(guī)程進(jìn)行嚴(yán)格控制。圍巖最開始的承受能力與平衡情況在挖掘巷道時(shí)已經(jīng)遭到了破壞，更何況還有回采工作的配合，這就會(huì)導(dǎo)致上覆巖層產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，使巖層的應(yīng)力進(jìn)行了重新的分布。伴隨著采煤量的逐步擴(kuò)大，工作面的大力推進(jìn)，會(huì)使頂板隨著工作面前后方向及側(cè)向支撐壓力在分布上有一定規(guī)律性的改變，只有將這些全部計(jì)算出來(lái)和全面掌握了，才能正確地對(duì)巷道開挖的時(shí)間及具體位置進(jìn)行掌握。在進(jìn)行開掘時(shí)，上一區(qū)段工作面的頂板停止運(yùn)動(dòng)后選擇普通的巷道，這時(shí)在側(cè)方向的頂板已經(jīng)停止運(yùn)動(dòng)，老頂也已經(jīng)觸矸，再繼續(xù)挖掘不會(huì)影響頂板結(jié)構(gòu)的形成。通過(guò)對(duì)側(cè)向支承壓力規(guī)律進(jìn)行實(shí)際測(cè)量得出，普通的側(cè)向支撐壓力大約會(huì)在2個(gè)月之后完全穩(wěn)定，位置為工作面的后方大約50m以外，這就要求沿空掘巷的時(shí)間必須高于這個(gè)值。第二種關(guān)鍵技術(shù)就是對(duì)巷道開掘位置的掌握。巷道可開掘的位置共有A、B、C、D四處：D點(diǎn)為完全沿空掘巷的位置；C點(diǎn)是沿空掘巷留有小煤柱的位置；B和A點(diǎn)是大煤柱及有煤柱互巷的位置(如圖1所示)。

通過(guò)側(cè)向支撐壓力的分布規(guī)律可以看出，如取B點(diǎn)作為掘巷點(diǎn)，那么巷道就處在支撐壓力的最高點(diǎn)，就會(huì)對(duì)圍巖造成過(guò)強(qiáng)的壓力，在維護(hù)上就會(huì)出現(xiàn)很多的不方便之處；如果將A點(diǎn)設(shè)為掘巷地點(diǎn)，有利于對(duì)原巖應(yīng)力區(qū)的維護(hù)，可是這樣大的煤柱會(huì)造成很大的資源浪費(fèi)。如果從C點(diǎn)的小煤柱進(jìn)行掘巷，那么處于側(cè)向支撐壓力最高值附近巷道的實(shí)體煤側(cè)，就會(huì)由于壓力過(guò)大而產(chǎn)生嚴(yán)重變形，并且會(huì)使得空側(cè)煤柱由于破碎失去支撐能力，這不僅將巷道的跨度增寬，還會(huì)使巷道的壓力加大，導(dǎo)致無(wú)法完成對(duì)巷道的維護(hù)；選擇D點(diǎn)進(jìn)行完全沿空掘巷，本身巷道位置就是內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)，巷道圍巖壓力相對(duì)較少，便于維護(hù)，最大程度地完成回采煤，但是，由于另一側(cè)已經(jīng)采空，就需要將防護(hù)工作做好，以防止有毒有害氣體由于漏風(fēng)的原因溢入巷道，所以對(duì)采空區(qū)就應(yīng)該采取注漿防火密閉工作。為了降低掘進(jìn)時(shí)沖擊危險(xiǎn)性，選擇將區(qū)段煤柱取消，因此，D點(diǎn)作為巷道位置是最為理想的選擇。由于破裂區(qū)已卸載了內(nèi)應(yīng)力，那么巷道沿著破裂帶進(jìn)行挖掘，在側(cè)向的覆巖會(huì)對(duì)其起到保護(hù)作用，這就是內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)，直接頂以及部分破碎老頂?shù)闹亓烤褪窍锏佬枰闹螇毫?，這使得巷道壓力相對(duì)較少，便于后期維護(hù)，其次，必須做好對(duì)巷道內(nèi)的密閉工作以及防火工作。

圖1 老頂巖層斷裂后側(cè)向支承壓力分布示意

3.2 加大設(shè)備使用效率，完善掘進(jìn)施工工藝

將先進(jìn)的巷道掘進(jìn)技術(shù)與科學(xué)的施工技術(shù)相結(jié)合：①在地質(zhì)及基礎(chǔ)條件都相對(duì)較好的巷道中進(jìn)行施工時(shí)，對(duì)于掘進(jìn)技術(shù)的選擇應(yīng)該是破巖水平高、中心位置比較低，機(jī)器相對(duì)較矮的綜合化掘進(jìn)技術(shù)。這種掘進(jìn)施工技術(shù)通常使用懸臂式掘進(jìn)機(jī)、單體錨桿鉆機(jī)等這類設(shè)備進(jìn)行組合使用，這種配合在生產(chǎn)力方面是很強(qiáng)悍的，并且符合地質(zhì)條件及生產(chǎn)條件。使用這種掘進(jìn)技術(shù)可配以液壓馬達(dá)共同使用，還可以直接將裝載機(jī)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通過(guò)液壓系統(tǒng)和自動(dòng)化加油裝置會(huì)提高其穩(wěn)定性與可靠性。聯(lián)合使用PLC這種類型的電氣系統(tǒng)控制技術(shù)，對(duì)施工故障進(jìn)行檢測(cè)。②當(dāng)斷層面積較大時(shí)，就需要使用連續(xù)性掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行施工。對(duì)于多巷道的施工，需要使用挖掘技術(shù)進(jìn)行施工。將快速掘進(jìn)技術(shù)充分應(yīng)用到掘進(jìn)井下巷道進(jìn)行施工，對(duì)于回風(fēng)巷道可以利用錨桿鉆車進(jìn)行支護(hù)，這樣相互配合交叉作業(yè)就能夠順利完成巷道支護(hù)。對(duì)于設(shè)備的選擇與使用，必須配合井下巷道挖掘和頂板的支護(hù)，并且使用一些可以伸縮的支架進(jìn)行支護(hù)，如錨索或錨網(wǎng)，結(jié)合專業(yè)的機(jī)械化操作進(jìn)行施工。另外，對(duì)于斷面小的施工區(qū)域，鑿巖車使用自動(dòng)化操作得以實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)行操作的過(guò)程中，對(duì)斷面大的地段首先應(yīng)該考慮使用綜掘機(jī)和盾構(gòu)機(jī)，這樣能提高整體施工質(zhì)量，達(dá)到一次成巷的具體要求。③在實(shí)際使用設(shè)備中，應(yīng)定期檢測(cè)設(shè)備，應(yīng)及時(shí)檢修不能正常運(yùn)行的設(shè)備，以確保煤礦井下工作的順利進(jìn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前形勢(shì)下做好煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)工作不僅是客觀需要，而且能夠很好地提升煤企的效益，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)，也能夠促進(jìn)煤礦開采的效率和質(zhì)量，提高了安全性。所以，作為煤企相關(guān)的技術(shù)人員，一定要夯實(shí)自己的技術(shù)能力，學(xué)習(xí)先進(jìn)支護(hù)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，為煤礦安全開采做出貢獻(xiàn)。